فهرست مطالب

تحقیقات آب و خاک ایران - سال پنجاه و سوم شماره 5 (پیاپی 77، امرداد 1401)

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و سوم شماره 5 (پیاپی 77، امرداد 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/09/29
  • تعداد عناوین: 15
|
  • احسان سرلکی، محمدحسین کیان مهر*، علی ماشاء الله کرمانی صفحات 917-936

    این پژوهش اولین تلاش در هیومیفیکاسیون فاز جامد لیگنایت جهت فعال سازی ترکیبات نیترو-هیومیکی (NHSs) در راستای بهبود کاربرد لیگنایت ها در کشاورزی و محیط زیست است. از اکسیداسیون ازن، افزودنی های اوره و KOH به ترتیب برای تسریع فرآیند هیومیفیکاسیون، غنی سازی نیتروژن و عامل فعال سازی هیومیک اسیدها استفاده شد. به منظور بررسی عملکرد هیومیفیکاسیون فاز جامد لیگنایت، شاخص هایی از قبیل محتوای هیومیک اسید کل (THA)، هیومیک اسید محلول در آب (WHA)، محتوای نیتروژن و اکسیژن، نسبت C/N، درجه اکسیداسیون (O/C) حاصل از آنالیز عناصر اصلی CHNOS و محتوای گروه های عاملی کربوکسیلی و فنولی هیدروکسیل ارزیابی شدند. جهت تایید تغییرات گروه های عاملی حاوی نیتروژن و اکسیژن و همچنین تبدیل موثر نیتروژن در فرآیند هیومیفیکاسیون از طیف سنجی FT-IR و آنالیز درصد توزیع انواع نیتروژن های تثبیت شده استفاده شد. آزمایش ها و جمع آوری داده های این پژوهش در سال 1400 در دانشکدگان ابوریحان-دانشگاه تهران و در آزمایشگاه های گروه مهندسی بیوسیستم انجام شده است. در ادامه، روش سطح پاسخ مبتنی بر طرح مرکب مرکزی (CCD-RSM) برای تعیین شرایط بهینه استفاده و مدل های ریاضی برای پیش بینی دقیق تغییرات دو پاسخ THA و WHA توسعه داده شد. تحت شرایط بهینه 8 گرم بر ساعت نرخ ازن دهی، 15 دقیقه زمان اکسیداسیون، 85/14 درصد وزنی KOH و 30 درصد وزنی اوره، مقدار THA و WHA به ترتیب 02/69 و 32/53 درصد حاصل شد که به طور قابل توجهی بیشتر از نمونه کنترل (بدون از ن دهی و اوره) به ترتیب 30 و 7 درصد بود. توزیع یکنواخت فرم های تثبیت شده نیتروژن در ترکیبات NHSs نشان داد که 47 درصد از مقدار نیتروژن کل به فرم نیتروژن آمونیومی، 16 درصد به فرم نیتروژن آمید و 37 درصد به فرم نیتروژن آلی پیوندی با اتصالات بسیار قوی است. مقدار گروه های فنولی 71/85 درصد و مقدار گروه های کربوکسیلی 87/215 درصد در اثر هیومیفیکاسیون ازن افزایش نشان دادند. فرآیند بهینه سازی شده منجر به بهبود شاخص های کیفی از جمله کربن کمتر، نیتروژن بیشتر و در نتیجه نسبت C/N کمتر، نسبت O/C بیشتر، کربن آروماتیک کمتر، کربن آلیفاتیک و کربوکسیلی بیشتر برای ترکیبات NHSs شد.

    کلیدواژگان: فعال سازی لیگنایت، هیومیک اسید، اکسیداسیون ازن، هیومیفیکاسیون تسریع یافته
  • تارا جمیلی، افسانه عالی نژادیان بیدآبادی*، عباس ملکی، محمد فیضیان، امید علی اکبرپور صفحات 937-956
    آلودگی خاک به فلزات سنگین و تنش رطوبتی از عوامل اصلی تهدید کننده امنیت غذایی در جهان هستند. هدف از پژوهش حاضر بررسی تاثیر بیوچار بر ویژگی های فیزیکی-شیمیایی و تنفس میکروبی خاک در کاهش تنش کادمیوم در گیاه گوجه فرنگی و تعیین سطح آبیاری بهینه رشد گیاه بود. آزمایش بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با کاربرد سه سطح بیوچار سبوس برنج (صفر (B0)، 3 (B3) و 6 (B6) تن در هکتار) و هفت سطح آبیاری (50 (L50)، 60 (L60)،70 (L70)، 80 (L80)، 90 (L90)، 100 (L100) و 110 (L110) درصد آبیاری کامل (L100) بر اساس تخلیه رطوبتی خاک) در کشت گیاه گوجه فرنگی در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه لرستان در سال 1398 اجرا شد. نتایج نشان داد که بهترین تیمارها در بهبود ویژگی های فیزیکی خاک (جرم مخصوص ظاهری، تخلخل خاک، پایداری خاکدانه ها، درصد خاکدانه های پایدار و شاخص پایداری خاکدانه ها)، عناصر غذایی خاک (نیتروژن، فسفر، پتاسیم، آهن، منگنز، روی و مس) و افزایش تنفس میکروبی خاک، تیمارهای L90B6، L100B6 و  L110B6بودند. بهترین عملکرد میوه گوجه فرنگی با 00/1459، 70/1588 و 30/1610 گرم در بوته، به ترتیب در تیمارهای L90B6، L100B6 و L110B6 مشاهده گردید که با یکدیگر اختلاف معنی داری نداشتند. بعلاوه، غلظت کادمیوم در میوه گوجه فرنگی در این تیمارها 02/0 میلی گرم بر کیلوگرم بود که کمتر از میانگین استاندارد جهانی (FAO/WHO) است. در حالی که در تیمارهای B0 و B3، سمیت شدید میوه گوجه فرنگی و کاهش عملکرد دیده شد. بنابراین در سطح آبیاری 90 درصد تخلیه رطوبتی خاک با کاربرد 6 تن در هکتار از بیوچار سبوس برنج، حداقل تنش کادمیوم و حداکثر عملکرد گیاه مشاهده گردید و از مصرف آب بیشتر جلوگیری به عمل آمد.
    کلیدواژگان: کربن اندوزی، فلزات سنگین، کیفیت خاک، سبوس برنج، تخلیه رطوبتی خاک
  • محمد عبیات، مصطفی عبیات*، مرتضی عبیات صفحات 957-970

    برآورد رطوبت خاک برای مدیریت بهینه منابع آب و خاک ضروری است. تصاویر لندست با قدرت تفکیک مکانی و زمانی مناسب، ابزار مناسبی در این مطالعات می باشند. هدف این مطالعه، برآورد و پهنه بندی رطوبت سطحی خاک در اراضی کشاورزی شهرستان شوشتر در استان خوزستان با استفاده از شاخص های سنجش از دور می باشد. برای این کار، ابتدا 25 نمونه خاک اراضی کشاورزی از عمق 15-0 سانتی متری زمین برداشت شده و رطوبت آن ها اندازه گیری شد. سپس، شاخص های اختلاف پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI)، شاخص گیاهی با تنظیم انعکاس خاک (SAVI)، دمای سطح زمین (LST)، اختلاف رطوبتی نرمال شده (NDMI)، شاخص تفاضلی نرمال شده کشاورزی (NDTI) و شاخص رطوبت خاک باند کوتاه مادون قرمز (SMSWIR) بر روی تصویر لندست 8 اعمال شد. در مرحله بعد، مقادیر این شاخص ها برای اجرای رگرسیون آماری به نرم افزار SPSS منتقل شده و توابع برآورد رطوبت خاک به روش رگرسیون خطی چند متغیره به دست آمد. نتایج نشان داد؛ با توجه به ضریب تبیین بالا (73/0) و پایین بودن ریشه میانگین مربعات خطا (31/1) در روش هم زمان (Enter Method)، این مدل برای برآورد و پهنه بندی رطوبت سطحی خاک اراضی کشاورزی در منطقه مناسب ارزیابی شد. براساس نتایج تحقیق رطوبت سطحی خاک با شاخص های NDVI، SAVI، NDMI، NDTI و SMSWIR رابطه مستقیم و با شاخص LST رابطه معکوس داشته است. همچنین، شاخص LST، برآورد بهتری از رطوبت خاک داشته که نشان دهنده تاثیر قابل توجه این عامل بر مقادیر رطوبت سطحی خاک می باشد.

    کلیدواژگان: برآورد، خاک، رطوبت، شاخص، شوشتر
  • پوریا شهسواری، محمدامیر دلاور*، پرویز کرمی، کمال نبی اللهی صفحات 971-992

    RothC یکی از موفق ترین مدل ها برای شبیه سازی تاثیر تغییرات آب و هوایی و فعالیت های مدیریتی در اکوسیستم های طبیعی در سطح محلی، منطقه ای و جهانی است. هدف این تحقیق واسنجی و اعتبارسنجی مدل RothC برای تجزیه و تحلیل ذخایر کربن آلی خاک طی سال های 1990 تا 2020 میلادی (وضعیت کنونی) و تعریف سناریوهای حفظ وضعیت کنونی (سناریو 1)، تغییر اقلیم (سناریو 2)، کوددهی با کود دامی (سناریو 3) و تغییر اقلیم همراه با کوددهی با کود دامی (سناریو 4) تا سال 2100 میلادی در کاربری های چمنزار، مرتع و اراضی کشاورزی با تناوب های زراعی گندم - آیش و گندم - نخود در ایستگاه تحقیقاتی سارال استان کردستان است. مدل با استفاده از داده های اندازه گیری شده در سال های 1389 (مرتع و چمنزار) و 1394 (اراضی کشاورزی) و داده های آب وهوای محلی پارامتریابی و با مطابقت داده های خروجی مدل با داده های مشاهده شده واسنجی گردید. مدل تغییرات ذخایر کربن آلی خاک را در سناریوهای مختلف کوددهی و تغییر اقلیم به خوبی پیش بینی کرد به طوری که میانگین جذر مربعات خطا 92/8 درصد و راندمان مدل سازی 74/0 محاسبه شد. نتایج شبیه سازی نشان داد تغییرات اقلیمی در کاربری های موردمطالعه موجب کاهش مقادیر ذخایر کربن آلی خاک در مقایسه با سناریو حفظ وضعیت کنونی تا سال 2100 میلادی خواهد شد. عملیات کوددهی با کود دامی (سناریو 3) بهترین سناریو و کاربری چمنزار پس از اعمال این سناریو با 83/59 تن در هکتار ذخیره کربن آلی خاک تا 2100 به عنوان بهترین کاربری در مقادیر ترسیب کربن بود. بیشترین مقدار نرخ ذخیره کربن آلی و تغییرات ترسیب کربن آلی طی 80 سال آینده در کاربری مرتع به ترتیب با 9/32 درصد و 16/0 تن در هکتار (سناریو 3) و کمترین در اراضی کشاورزی با تناوب زراعی گندم - آیش به ترتیب با 32- درصد و 11/0- تن در هکتار (سناریو 2) برآورد شد.

    کلیدواژگان: ترسیب کربن، سارال، سناریوهای مدیریتی، مدل RothC
  • محمدمعین فلاحی، سعید شعبانلو*، احمد رجبی، فریبرز یوسفوند، محمدعلی ایزدبخش صفحات 993-1008

    تغییر اقلیم یکی از چالش های عمده ای است که بر محیط زیست به ویژه ذخایر آب زیرزمینی تاثیر می گذارد. در این پژوهش به بررسی اثر تغییر اقلیم بر تراز آب زیرزمینی دشت رزن در دو دوره ی20 ساله آتی پرداخته شد. هدف از این تحقیق بررسی اثر عدم قطعیت مدل های اقلیمی در پیش بینی تراز سطح آب زیرزمینی تحت تاثیر تغییر اقلیم می باشد. برای شبیه سازی آبخوان، مدل آب زیرزمنی GMS به ترتیب برای دو دوره 18 ماهه واسنجی و صحت سنجی گردید. جهت بررسی اثر تغییر اقلیم بر نوسانات تراز آب زیرزمینی منطقه در دوره ی آتی از مدل هایCMIP5 تحت سه سناریو Rcp 2.6، Rcp 4.5، Rcp 8.5 استفاده شد. برای در نظر گرفتن عدم قطعیت پیش بینی مدل های تغییر اقلیم از روش سطوح احتمالاتی تغییرات بارش و دما استفاده شد. در روش سطوح احتمالاتی، از ترکیب خروجی 6 مدل تغییر اقلیم مختلف در 3 سناریوی مورد اشاره برای هر ماه، 18 مقدار پیش بینی برای تغییرات T∆ و ∆P در سال های آتی تخمین زده شد. سپس با استفاده از توزیع مناسب در هر ماه مقادیر T∆ و ∆P آینده در سطوح احتمال 50 و 90 درصد برآورد گردید و در نهایت در دو سطح احتمالاتی 90 و 50 درصد با در نظر عدم قطعیت مدل های گردش عمومی به پیش بینی متغیرهای اقلیمی بارش و دما پرداخته شد. نتایج پیش بینی متغیرهای اقلیمی برای سناریوهای Rcp 2.6، Rcp 4.5، Rcp 8.5 و دو سطح احتمال 90 و 50 درصد به ترتیب نشان دهنده تغییرات میانگین دما به میزان 65/0+، 653/0+، 653/0+، 04/0- و 6/0+ درجه سانتیگراد و تغییرات میانگین بارش به میزان 15/0-، 06/2-، 25/2+، 2/30- و 095/0- درصد طی دوره ی 2045-2018 بود. نتایج کاربرد مدل GMS برای بررسی اثر تغییر اقلیم بر تغییرات تراز آبخوان نشان داد سطح آب زیرزمینی تحت سناریوهای ترکیبی Rcp 2.6، Rcp 4.5، Rcp 8.5 و دو سطح احتمالاتی 90 و 50 درصد برای دوره آتی 2018-2045 نسبت به دوره پایه 2018-1991به طور میانگین بین 55/1- تا 83/1- متر افت خواهد داشت.

    کلیدواژگان: تراز آب زیرزمینی، تغییر اقلیم، گزارش پنجم، عدم قطعیت، مدل GMS
  • حامد جوادی*، محمدجواد ثقهالاسلامی، غلامرضا موسوی، احمد موسوی صفحات 1009-1021

    به منظور بررسی تاثیر محلول پاشی کودهای نانو و معمولی اکسید روی و سیلیس بر عملکرد و اجزای عملکرد ارزن رقم پیشاهنگ، آزمایشی در سال 1396 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی بیرجند به صورت کرت های خرد شده در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. دو سطح آبیاری (آبیاری بر اساس 50 و 100 درصد نیاز آبی به روش FAO) به عنوان عامل اصلی و هفت سطح محلول پاشی کودی (عدم محلول پاشی (شاهد)، اکسید روی، اکسید سیلیس، نانو اکسید روی، نانو اکسید سیلیس، اکسید روی + اکسید سیلیس، نانو اکسید روی + نانو اکسید سیلیس) به عنوان عامل فرعی بودند. نتایج نشان داد که کم آبی موجب کاهش ارتفاع بوته (2/36 درصد)، طول پانیکول (2/21 درصد)، هدایت روزنه ای (2/14 درصد)، تعداد پانیکول در مترمربع (6/39 درصد)، تعداد دانه در پانیکول (33 درصد)، عملکرد دانه (8/62 درصد)، عملکرد بیولوژیک (4/38 درصد) و شاخص برداشت (7/45 درصد) نسبت به شاهد (100 درصد نیاز آبی) شد. اثر محلول پاشی کودی بر عدد کلروفیل متر، هدایت روزنه ای، تعداد پانیکول در مترمربع، عملکرد دانه و عملکرد بیولوژیک معنی دار بود. بیشترین عملکرد دانه به طور مشترک از کاربرد روی معمولی، نانو سیلیس و روی معمولی + سیلیس معمولی حاصل شد که از افزایش به ترتیب 7/27، 8/26 و 9/15 درصدی نسبت به شاهد برخوردار بودند. همچنین بیشترین عملکرد بیولوژیک به طور مشترک از کاربرد روی معمولی + سیلیس معمولی، کاربرد روی معمولی و کاربرد نانو سیلیس حاصل شد که از افزایش به ترتیب 3/16، 8/8 و 6/6 درصدی نسبت به شاهد برخوردار بودند. بر اساس نتایج این آزمایش، به منظور حفظ محیط زیست و دستیابی به حداکثر عملکرد دانه ارزن دانه ای در منطقه بیرجند می توان از آبیاری مطلوب و محلول پاشی نانو سیلیس استفاده نمود.

    کلیدواژگان: پیشاهنگ، عدد کلروفیلمتر، هدایت روزنه ای
  • مهدی ماجدی اصل*، رسول دانشفراز، میثم شهبازی مرصع صفحات 1023-1034

    از مزایای سرریزهای کنگره ای می توان به بالا بودن ضریب آبدهی سرریز و پایین بودن نوسانات آب هنگام عبور جریان از روی تاج سرریز اشاره کرد. در این تحقیق ضریب دبی عبوری با تغییر هندسه سرریز از لحاظ تغییر شیب دیواره و تغییر طول دماغه در بالادست و پایین دست هر سیکل از سرریز کنگره ای ذوزنقه ای موردبررسی قرار گرفته است. در مجموع 135 آزمایش بر روی 9 مدل فیزیکی در تنگ شوندگی 80 سانتی متری انجام شده است. تمامی مدل ها با مدل شاهد (سرریز کنگره ای نرمال) (80A) مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان داد سرریز کنگره ای ذوزنقه ای با دماغه بالادست 5 سانتی متر با شیب دیواره 10 درجه به صورت همگرایی (U10A) از ضریب دبی و کارایی بالاتری نسبت به مدل بدون شیب دیواره برخوردار است. اختلاف آنها در حالت حداکثر، بیشتر از 12 درصد می باشد. همچنین مدل سرریز کنگره ای ذوزنقه ای با دماغه بالادست 8 سانتی متر با زاویه شیب دیواره 10 درجه به صورت واگرایی (D10A) و نسبت  پایین تر از 37/0 از عملکرد بالاتری نسبت به مدل 80A برخوردار است و با افزایش این نسبت و افزایش دبی، برتری آن کاهش می یابد. این تحقیق نشان داد که با تغییر 10درجه ای در شیب دیواره ها عملکرد سرریز کنگره ای ذوزنقه ای نسبت به حالت بدون شیب دیواره افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: سرریزهای کنگرهای، همگرایی، واگرایی، ذوزنقهای، ضریب دبی
  • امیر قادری*، سعید عباسی صفحات 1035-1055
    سرریزهای پلکانی یکی از سازه های متداول به منظور استهلاک انرژی بوده که از طریق پله ها با ایجاد آشفتگی و مقاومت اصطکاکی بیشتر در برابر جریان، استهلاک انرژی در طول سازه را افزایش می دهد. در این تحقیق، با انجام یکسری آزمایشات، تاثیر اصلاح فرم پله ها با اعمال همزمان المان هایی بر روی پله و لبه آن بر روی الگوی جریان، نقطه شروع هوادهی بر روی سرریز، مشخصات پرش هیدرولیکی در پایین دست و میزان استهلاک انرژی جریان عبوری از مدل های سرریز مورد ارزیابی قرار گرفت. المان های لبه بصورت ممتد و برش خورده و المان های روی پله در آرایش های مختلف روی پله قرار گرفتند و نتایج با حالت سرریز پلکانی ساده مقایسه شدند. در نهایت با اعمال این المان ها بر روی یکی از سرریز های مورد بهره برداری شده، تاثیر اصلاح پله ها بر مشخصه جریان ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که بکارگیری همزمان المان های روی پله و لبه باعث برخی تلاطم و نوسانات بر روی سطح جریان شده اما بر روی رژیم جریان تاثیر چندانی ندارد. اختلاط جریان پس از برخورد با موانع بر روی نقطه شروع هوادهی تاثیر می گذارد و باعث انتقال محل نقطه شروع هوادهی به بالادست سرریز پلکانی می شود. اصلاح پله ها باعث کاهش عمق ثانویه و طول پرش به ترتیب 29/26 و 24/34 درصد و افزایش 38/14 درصدی در میزان اصلاح انرژی جریان می گردد. تاثیر المان های الحاقی در عملکرد مدل های اصلاحی در دبی های پایین بیشتر است. اصلاح پله های سرریز پلکانی سیاه بیشه بالا با الحاق المان ها بر روی پله و لبه آن باعث کاهش 8/9 درصدی سرعت جریان در پایین دست سرریز، افزایش 63 درصدی انرژی آشفته و افزایش 32/11 درصدی در میزان استهلاک انرژی جریان می گردد.
    کلیدواژگان: سرریز پلکانی اصلاح شده، المان های روی پله، استهلاک انرژی، مشخصات پرش، سرریز سیاه بیشه
  • محمدجواد فردادی شیل سر، مهدی مظاهری*، جمال محمدولی سامانی صفحات 1057-1077

    در پژوهش حاضر، حل تحلیلی معادله انتقال آلودگی با لحاظ عبارت منبع گسترده و شرط اولیه، برای یک شبکه رودخانه عام در یک دامنه محدود با ضرایب ثابت به ازاء شرایط مرزی بالادست و پایین دست از نوع دیریکله با روش تبدیل لاپلاس انجام گرفت. وجود عبارت منبع و شرط اولیه، پیچیدگی محاسبات را به لحاظ یافتن جواب خصوصی معادله دیفرانسیل معمولی دوچندان می کند. به منظور ارزیابی حل تحلیلی موجود، دو مثال فرضی ارایه گردید، که در هر کدام، مدل سازی بر روی دو نوع شبکه شاخه ای و حلقه ای با درنظر گرفتن یک منبع آلودگی گسترده انجام گرفت. داده های ورودی برای مدل سازی هر یک از شبکه های رودخانه دلخواه شامل، مقادیر سرعت، ضریب پراکندگی، طول شاخه ها، سطح مقطع جریان و غلظت های ورودی از مرزها و منبع گسترده می باشد. با محاسبه ماتریس های انتشار و بیلان جرم لاپلاس گرفته شده (با تاثیر منبع گسترده در آن) در شبکه رودخانه براساس ماتریس نحوه اتصال و ماتریس داده ها، یک دستگاه معادلات غیرخطی ای برحسب متغیر s لاپلاس ایجاد می شود، که با حل آن، ماتریس غلظت آلودگی و به تبع آن غلظت آلودگی در هر گره با الگوریتم لاپلاس گیری وارون عددی محاسبه می شود. به منظور اعتبارسنجی حل تحلیلی پیشنهادی از حل عددی استفاده شد. نتایج نشان داد که شاخص های آماری R2، جذر میانگین مربع خطاها و میانگین خطای مطلق در بهترین حالت به ترتیب 86/99%، 0099/0 و 0067/0 کیلوگرم برمترمکعب برای مسیر 1456 و در بدترین حالت به ترتیب 20/95%، 0309/0 و 0194/0 کیلوگرم برمترمکعب برای مسیر 23456 شبکه حلقه ای بوده و دو حل مذکور انطباق خوبی با یکدیگر داشته و نشان دهنده عملکرد مطلوب حل تحلیلی موجود و جایگزینی آن به جای حل عددی به دلیل دقت بالاتر در شبکه رودخانه می باشد.

    کلیدواژگان: تابع توزیع غلظت، روش تبدیل لاپلاس، ضرایب ثابت، مدل سازی ریاضی، معادله جابه جایی-پراکندگی-واکنش-منبع
  • مسعود پورغلام آمیجی، مجتبی خوش روش* صفحات 1079-1091
    در حال حاضر و با توجه به بحران شدید منابع آب، استفاده مجدد از پساب فاضلاب تصفیه شده در بخش کشاورزی حایز اهمیت است. در بین انواع آلاینده های محیط زیست، فلزات سنگین موجود در پساب ها بیشتر مورد توجه می باشند. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر استفاده از پساب مغناطیسی بر میزان جذب فلزات سنگین گیاه ذرت می باشد. بدین منظور، آزمایشی لایسیمتری در یک دوره کشت و به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با سه تکرار در سال 1399 در شهرستان بابلسر انجام شد. محل تامین پساب، تصفیه خانه فاضلاب بخش شرقی شهرستان بابلسر بود. تیمارهای آبیاری به روش قطره ای و شامل کاربرد 100 درصد آب چاه (W1)، اختلاط 25 درصد پساب و 75 درصد آب چاه (W2)، اختلاط 50 درصد پساب و 50 درصد آب چاه (W3)، اختلاط 75 درصد پساب و 25 درصد آب چاه (W4) و آبیاری با 100 درصد پساب (W5) در شرایط اعمال میدان مغناطیسی (I1) و بدون تاثیر میدان مغناطیسی (I2) بود. در پایان دوره، عناصر سرب، کادمیوم، روی و نیکل در اندام هوایی و دانه گیاه ذرت اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که اثر نوع آبیاری و اختلاط آب و پساب بر غلظت تمامی عناصر در اندام هوایی و دانه گیاه ذرت در سطح احتمال یک درصد معنی دار شد. با اعمال میدان مغناطیسی غلظت فلزات سرب، کادمیوم، روی و نیکل در اندام هوایی گیاه به ترتیب 84/17، 9/15، 22/14 و 92/13 درصد نسبت به تیمار غیرمغناطیسی کاهش داشت. کاهش عناصر فوق در دانه گیاه ذرت به ترتیب برابر 97/13، 52/14، 95/12 و 71/13 درصد بود. با افزایش درصد پساب مورد استفاده در آبیاری، غلظت تمامی عناصر افزایش معنی داری یافت. بیشترین مقدار غلظت عناصر در اندام هوایی و دانه گیاه ذرت مربوط به عنصر روی به ترتیب با مقدار 19/93 و 32/74 میلی گرم بر کیلوگرم بود. کمترین غلظت جذب فلزات سنگین در اندام هوایی و دانه گیاه ذرت به ترتیب مربوط به کادمیوم (73/0 میلی گرم بر کیلوگرم) و نیکل (61/3 میلی گرم بر کیلوگرم) بود که همگی از تیمار W5 به دست آمدند. بنابراین با استفاده از فن آوری مغناطیسی می توان تجمع فلزات سنگین موجود در پساب ها در خاک را کاهش داد و از جذب آن توسط ذرت جلوگیری کرد. با توجه به جذب زیاد عناصر توسط گیاه ذرت، در هنگام آبیاری با پساب تصفیه خانه ها انتخاب گیاهانی که پتانسیل تجمع فلزات سنگین کمتری داشته و به مصرف مستقیم انسان و دام نمی رسد، قابل توصیه است.
    کلیدواژگان: اختلاط آب و پساب، سرب، کادمیوم، روی، نیکل
  • هانیه محمدی، جواد بذرافشان* صفحات 1093-1109

    گرد و غبار همواره به عنوان یکی از مهم ترین مخاطرات محیطی مطرح بوده و پیامدهای زیست محیطی نامطلوبی را برجای می گذارد. هدف از این پژوهش، بررسی رابطه ی متغیرهای حدی دمایی با طوفان های گرد و غبار و ارزیابی بهترین مدل جهت پیش بینی شاخص FDSD در غرب کشور می باشد. با استفاده از داده های ساعتی قدرت دید افقی، کدهای سازمان جهانی هواشناسی، نمایه های حدی دمایی شامل دمای بیشینه (T) و دمای کمینه در مقیاس ماهانه برای 14 ایستگاه هواشناسی واقع در غرب کشور با طول دوره آماری 25 ساله (2014-1990) و ضرایب همبستگی تاو-کندال و پیرسون به ارتباط سنجی پرداخته شد. نقشه ضرایب همبستگی برای نمایش بهتر نتایج به روش اسپلاین (روش شعاع پایه) در نرم افزار ArcGIS تهیه گردید. همچنین سه مدل هوش مصنوعی شامل الگوریتم بهترین همسایگی (KNN)، برنامه ریزی بیان ژن (GEP) و شبکه بیزین (BN) جهت پیش بینی گرد و غبار مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که طوفان های گرد و غباری همبستگی مثبت و معنی داری با نمایه های حدی دمایی در 14 ایستگاه مورد مطالعه دارند به نحوی که بالاترین ضریب همبستگی تاو-کندال با شاخص FDSD مربوط به متغیر بیشینه دما در ایستگاه دو گنبدان با مقدار 202/0 و دمای کمینه در ایستگاه سر پل ذهاب با مقدار 242/0 بود. همچنین بالاترین ضریب همبستگی پیرسون با شاخص FDSD  نیز برای متغیر بیشینه دما در ایستگاه دوگنبدان با مقدار 415/0 و دمای کمینه در ایستگاه اسلام آباد با مقدار 211/0 بود. همچنین نتایج پیش بینی حاکی از عملکرد مناسب روش  KNNمی باشد که در 13 ایستگاه رتبه نخست را به خود اختصاص داده است و در ایستگاه اسلام آباد روش BN بهترین عملکرد را داشته است. نتایج نشان داد که این مطالعه می تواند به درک صحیح وقوع طوفان های گرد و غبار و بررسی روابط اقلیمی و همچنین کاهش خسارات ناشی از این پدیده در منطقه مورد مطالعه کمک شایانی کند.

    کلیدواژگان: متغیرهای حدی دما، همبستگی تاو-کندال، پیش بینی، الگوریتم بهترین همسایگی، شبکه بیزین
  • محسن مداحی نسب*، سید محسن موسوی نیک، سید احمد قنبری، علیرضا سیروس مهر، شاپور کوهستانی صفحات 1111-1125

    ورود فلزات سنگین به خاک از طریق کودهای شیمیایی و آلی، ریسک انتقال آنها را به زنجیره غذایی از طریق تغییر الگوی انباشت کاتیونها در گیاه تحت تاثیر کم آبی، افزایش می دهد. بمنظور بررسی انباشت کادمیم، مس و آهن توسط گیاه جو بعنوان گیاهی مهم در مناطق خشک، آزمایشی بصورت طرح بلوک های کامل تصادفی با سه سطح کم آبی شامل آبیاری در 100 (شاهد)، 75 و 50 درصد ظرفیت زراعی و چهار مرحله نمونه گیری (هر 15 روز) درسه تکرار در سال های 1397-1396 و 98-1397 در شهرستان جیرفت اجرا شد. بعد از برداشت جو، کاهش غلظت کادمیم، مس و آهن خاک بترتیب 52، 63 و 23 درصد بود. غلظت آنها در شاخساره گیاه بترتیب66، 85 و 96 درصد نسبت به ریشه کمتر بود. با افزایش کم آبی، غلظت آهن باقی مانده در خاک و شاخساره افزایش و در ریشه کاهش یافت و غلظت مس در خاک کاهش و در ریشه و شاخساره افزایش یافت درحالیکه غلظت کادمیم در آنها کاهش یافت. شاخص انباشت شاخساره و شاخص انتقال زیستی سه فلز کمتر از یک بودند در حالی که شاخص انباشت ریشه مس بالاتر از یک بود و با افزایش سطح کم آبی با تفاوت معنی دار به 82/6 برابر شاهد رسید. در مدل رگرسیونی چندمتغیره سرعت رشد در دوره های رشدی، بیشترین سهم در تبیین واریانس شاخص ها متعلق به سرعت های رشد در سومین و چهارمین دوره پانزده روزه رشد بود. طبق مدل رگرسیونی بین سرعت رشد و شاخص های مورد مطالعه، با افزایش سرعت رشد، شاخص انباشت مس ریشه ها به صورت خطی کاهش (97/0-=β) و شاخص انتقال زیستی برای کادمیم (83/0=β) و مس (86/0=β) افزایش و برای آهن (94/0-=β) کاهش یافت. نتیجه گیری کلی اینکه تحت تنش خشکی هیچکدام از فلزات مورد مطالعه در شاخساره انباشته نشدند هرچند غلظت مس در ریشه ها 31/3 برابر نسبت به خاک افزایش یافت اما این افزایش منجر به ریسک سمیت زایی در شاخساره نشد.

    کلیدواژگان: آلودگی خاک، سمیت زایی، شاخص انتقال، فلزات سنگین، کم آبی
  • محبوبه فلاح، حسینعلی بهرامی*، حسین اسدی صفحات 1127-1144

    پیش بینی دقیق جریان سطحی برای مدیریت منابع آب به ویژه پیش بینی سیل و فرسایش خاک بسیار مهم است. در مطالعه حاضر، قابلیت سه روش یادگیری ماشین (ML) شامل رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، شبکه عصبی مصنوعی با پس انتشار خطا (ANN-BP) و رگرسیون تقویت گرادیان (GBR) با استفاده از داده های هواشناسی و پوشش برف سنجنده MODIS برای پیش بینی جریان سطحی روزانه در دو حوضه مختلف لتیان و ناورود بررسی شد. برای توسعه مدل، چهار متغیر اصلی شامل باران روزانه (P)، دمای حداکثر (Tmax) ، دمای حداقل (Tmin) و شاخص تفاضلی نرمال شده برف (NDSI) از سنجنده MODIS در طول سال های 1379-1397 استفاده شد. کارایی این مدل ها با استفاده از شاخص های آماری مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که همه مدل ها نتایج رضایت بخشی را در شبیه سازی جریان سطحی روزانه با استفاده از متغیرهای هواشناسی به عنوان پارامترهای ورودی مدل ها ارایه کردند. همچنین، کارایی همه مدل های ML مورد مطالعه، زمانی که شاخص NDSI به عنوان متغیر تخمین گر در شبیه سازی اعمال شد، بهبود یافت. بهترین کارایی را در بین تمام مدل های مورد مطالعه در هر دو حوضه، مدل GBR نشان داد. مدل SVR  پایین ترین کارایی را در پیش بینی جریان سطحی روزانه برای هر دو مرحله آموزش و اعتبارسنجی در اکثر موارد نشان داد. به طور کلی، نتایج شبیه سازی در حوضه لتیان نسبت به حوضه ناورود در هر دو مرحله آموزش و اعتبارسنجی بهتر بود و نسبت به دو مدل دیگر، بهترین کارایی در مدل GBR با ضریب همبستگی (85/0=R)، ضریب کارایی نش-ساتکلیف 72/0=NS و جذر میانگین مربعات خطا (m3/s43/3(RMSE= با استفاده از شاخص NDSI در حوضه لتیان مشاهده شده است که نشان دهنده تاثیر زیاد ذوب برف در ایجاد جریان سطحی در مناطق برف خیز است.

    کلیدواژگان: شبکه های عصبی مصنوعی، مدل یادگیری ماشین، شاخص تفاضلی نرمال شده برف، رگرسیون بردار پشتیبان
  • طیبه شجاع، علی عبادی*، مسعود اصفهانی، شهرام محمود سلطانی صفحات 1145-1161

    آرسنیک یکی از مهمترین عناصر سنگین آلوده کننده محیط زیست بوده که ثاثیر زیان باری بر ویژگی های مورفولوژیک، فیزیولوژیک و بیوشیمیایی گیاه برنج دارد. یکی از راه های کاهش اثر سوء آرسنیک استفاده از عنصر روی می باشد. به این منظور آزمایش گلدانی در فضای آزاد به صورت فاکتوریل سه عاملی در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار در بهار سال1398در موسسه تحقیقات برنج کشور (رشت) انجام شد. عامل های مورد مطالعه شامل عنصر روی در سه سطح (صفر،10 و 20 میلی گرم بر کیلوگرم خاک از منبع سولفات روی 22 درصد)، عنصر آرسنیک در سه سطح (صفر، 1 و 2  میلی گرم بر کیلوگرم خاک از منبع اکسید آرسنیک) و ارقام برنج در سه سطح شامل (هاشمی، گیلانه و قدسی) بودند. نتایج نشان داد که تمامی عامل ها بر بسیاری از شاخص ها و صفت های اندازه گیری شده مانند محتوای روی در خاک، محتوای روی در کاه وکلش و دانه، محتوای آرسنیک در خاک، محتوای آرسنیک در کاه وکلش و دانه، ارتفاع بوته، تعداد پنجه کل، تعداد پنجه بارور، طول خوشه، وزن هزاردانه و عملکرد دانه تاثیر معنی داری داشتند. بیشترین مقدار افزایش ارتفاع بوته، تعداد پنجه کل، پنجه بارور، طول خوشه، وزن هزاردانه و عملکرد دانه به ترتیب 5/1، 4/68، 05/85، 5/31، 6/6، و 5/58 درصد ناشی از مصرف خاکی 20 میلی گرم بر کیلوگرم روی و بدون کاربرد آرسنیک به ثبت رسید. از نظر محتوای روی در کاه و کلش و دانه، رقم هاشمی>رقم قدسی>رقم گیلانه به ترتیب بالاترین میزان روی را نشان دادند که رقم هاشمی و قدسی از نظر جذب روی کارآمدتر محسوب می شوند و برای مقابله با آرسنیک متحمل تر هستند و بیشترین میزان آرسنیک در کاه وکلش و دانه به ترتیب در ارقام گیلانه >قدسی> هاشمی مشاهده شد. بنابراین با توجه به اثر متقابل روی با آرسنیک، استفاده از عنصر روی و ارقامی با توانایی جذب روی بالا می تواند روشی مناسب برای کاهش سمیت آرسنیک در گیاه برنج باشد.

    کلیدواژگان: برنج، عملکرد و اجزای عملکرد، عناصر کم مصرف، عناصرسنگین
  • کریم شهبازی*، ارژنگ فتحی گردلیدانی، مصطفی مارزی صفحات 1163-1212

    در دنیا توجه به غلظت فلزات سنگین در خاک بدلیل خطرات بالقوه آن ها برای محیط زیست و سلامت انسان افزایش یافته است. در چند دهه اخیر، مطالعات زیادی بر روی آلودگی خاک ها توسط فلزات سنگین در ایران صورت گرفته است ولی اکثر مطالعات، وضعیت غلظت فلزات سنگین خاک را در مقیاس ملی نشان نمی دهد. از طرف دیگر باوجود اهمیت غلظت زمینه برای ارزیابی آلایندگی و خطر زیست محیطی این فلزات، هنوز مطالعه ای در مورد آن برای خاک های ایران در سطح ملی منتشر نشده است. در این پژوهش تلاش شد تا بر اساس تجزیه و تحلیل کمی و کیفی نتایج مطالعات گزارش شده شناخت جامعی از وضعیت عناصر سنگین در خاک های ایران در مقیاس ملی ارایه شود. برای انجام این پژوهش در مجموع 247 مطالعه (مقاله و گزارش نهایی طرح های تحقیقاتی) در زمینه پایش میدانی عناصر سنگین در خاک های ایران که تا آبان 1400 منتشر شده بودند جمع آوری گردید. اطلاعات مورد نیاز (نتایج تجزیه حدود 21400 نمونه خاک) از مطالعات استخراج و ابتدا از نظر شاخص های تضمین و کنترل کیفیت تجزیه ارزیابی شدند. سپس مطالعات بر اساس نوع کاربری به کشاورزی، شهری و صنعتی تفکیک و پس از غربال و انتخاب مطالعاتی که دارای حداقل های لازم از نظر کنترل کیفی بودند، آماره های مختلف از جمله میانگین وزنی، میانه، غلظت زمینه و شاخص آلودگی عناصر سنگین (As، Pb، Cd، Cr، Co، Ni، Cu و Zn) محاسبه و تجزیه و تحلیل شدند...

    کلیدواژگان: خاک های شهری، صنعتی و کشاورزی، غلظت زمینه، عناصر بالقوه سمی، کنترل کیفی
|
  • Ehsan Sarlaki, MohammadHossein Kianmehr *, Ali Mashaallah Kermani Pages 917-936

    This study is the first attempt to solid-phase humification of Lignite for activation of nitro-humified substances (NHSs) towards improve the cleaner application of lignites in agriculture and the environment. Ozone oxidation and additives of urea and KOH were used as accelerator of humification process, nitrogen enrichment and humic acid activating agent, respectively. In order to elucidate the solid-phase humification performance of lignite, indicators such as total humic acids (THA) and the water-soluble humic acids (WHA), nitrogen/oxygen content, C/N ratio, degree of oxidation (O/C) obtained from CHNOS elemental analysis, and carboxylic and phenolic functional groups content were evaluated. Toward the confirmation of changes of the oxygen-nitrogen containing functional groups as well as effective nitrogen transformation in the humification process, FT-IR spectroscopy and analysis of distribution percentage of incorporated bonded nitrogen forms were studied. Experiments and data collection of this research were completely conducted in 2021-year in the college of Abouraihan-University of Tehran and in the laboratories located in department of biosystems engineering. In continuation, response surface methodology based on the central composite design (CCD-RSM) was used to determine the optimal conditions, and mathematical models were developed to accurately predict the changes of THAs and the WHAs. Under the optimal conditions of 8 g/h of ozonation rate, 15 min of oxidation time, 14.85 %wt. of KOH and 30 %wt. of urea, the yield of THA and WHA were 69.02% and 53.32%, respectively which were significantly higher than the control samples (30% and 7%, respectively). The uniform distribution of binded nitrogen forms in the NHSs showed that 47% of the total nitrogen content in the NHSs was in the form of ammonium nitrogen, 16% in the form of amide nitrogen and 37% in the form of highly bonded organic nitrogen with very strong bonds. By assist of ozone humification, the content of phenolic and carboxylic acid groups increased by 85.71% and 215.87%, respectively. The optimized process resulted in superior quality indicators, including less carbon, more nitrogen and consequently lower C/N ratio, higher O/C ratio, lower aromatic carbon, and more aliphatic and carboxylic carbon for developed NHSs.

    Keywords: Activated Lignite, Humic Acid, ozone oxidation, accelerated humification
  • Tara Jamili, Afsaneh Alinejadian Bidabadi *, Abbas Maleki, Mohmmad Feizian, Omid Ali Akbarpour Pages 937-956
    Soil pollution with heavy metals and moisture stress are the main threats to food security in the world. The aim of this study was to investigate the effect of biochar on physico-chemical properties and soil microbial respiration in reducing cadmium (Cd) stress in tomatoes, and to determine the optimal irrigation level for plant growth. A factorial-based experiment in a randomized complete block design using three levels of rice bran (0 (B0), 3 (B3), and 6 (B6) ton/ha) and seven irrigation levels (50 (L50), 60 (L60), 70 (L70), 80 (L80), 90 (L90), 100 (L100), and 110 (L110) percent of full irrigation (L100) based on soil moisture depletion, respectively  were performed on tomato cultivation in the research greenhouse, Faculty of Agriculture, Lorestan University, in 2019. The results showed that the best treatments in improving soil physical properties (bulk density, total porosity, mean weight diameter, water-stable aggregates, and stability index), soil nutrients (nitrogen, phosphorus, potassium, iron, manganese, zinc, and copper), and increasing soil microbial respiration, were L90B6, L100B6, and L110B6 treatments. The best tomato fruit yield with 1459.00, 1588.70, and 1610.30 g plant-1 was observed in L90B6, L100B6, and L110B6 treatments, respectively, which have not significantly different. In addition, Cd concentration in tomato fruit in these treatments was 0.02 mg/kg, which is lower than that of the global average (FAO/WHO), while in treatments B0 and B3, severe toxicity of tomato fruit and reduced yield were observed. Therefore, in the irrigation level of %90 percent of soil moisture depletion (L100) with the application of 6 ton/ha rice husk biochar (B6), minimum Cd stress and maximum yield for the plant were observed, and more water consumption was prevented.
    Keywords: Carbon sequestration, Heavy metals, Soil quality, rice bran, soil moisture depletion
  • Mohammad Abiyat, Mostefa Abiyat *, Morteza Abiyat Pages 957-970

    Estimation of soil moisture is essential for optimal management of water and soil resources. Landsat images with appropriate spatial and temporal resolution are good tools for these studies. The purpose of this study is to estimate and zoning the soil surface moisture in agricultural lands of Shushtar County in Khuzestan province using remote sensing indicators. To do this, first 25 soil samples of agricultural lands were taken from a depth of 0-15 cm and their moisture was measured. Then, normalized vegetation difference index (NDVI), soil reflection adjustment index (SAVI), surface temperature (LST), normalized moisture difference index (NDMI), normalized agricultural differential index (NDTI) and soil moisture index Infrared short band (SMSWIR) were applied to the Landsat 8 Image. In the next step, the values ​​of these indices were transferred to SPSS software for statistical regression and the soil moisture estimation functions were obtained by multivariate linear regression. The results showed; Due to the high coefficient of determination (0.73) and the low root mean square error (1.31) in the simultaneous method (Enter Method), this model was considered suitable for estimating and zoning the surface moisture of agricultural lands in the region. According to the research results, soil surface moisture was directly related to NDVI, SAVI, NDMI, NDTI and SMSWIR indices and inversely related to LST index. Also, LST index has a better estimate of soil moisture, which indicates a significant effect of this factor on the amount of soil surface moisture.

    Keywords: Estimation, soil, moisture, index, Shushtar
  • Pouria Shahsavari, MohammadAmir Delavar *, Parviz Karami, Kamal Nabiollahi Pages 971-992

    RothC is among the most successful models in terms of simulating the impacts of climate change and management activities in natural ecosystems on local and global scales. The current research was carried out to assess and validate RothC in studying SOC content from 1990 to 2020 and defining the scenarios of maintaining the current situations (scenario 1), climate change (scenario 2), manure fertilizing till 2100 (scenario 3), and climate change with manure fertilizing till 2100 (scenario 4) in grasslands, range, and croplands in Saral Research Center, Kurdistan Province, under rotations of wheat-uncultivation and wheat-pea. The parameters of the model were determined by using the measured data from the soils sampled at two years (2018 and 2019) from Saral Research Center and the local weather data, Next, the model was validated by comparison of the predicted values with the measured SOC data. Assessment of the measured and simulated data through validation for different land uses revealed that RothC could satisfactorily predict the changes in SOC contents under different fertilizing and climate change scenarios so that root mean square error (RMSE) and the simulation efficiency were calculated as 8.92% and 74.0%, respectively. The simulation results indicated that compared to scenario1, climate change in the studied land uses will cause a decrease in SOC contents till 2100. Manure fertilizing (scenario3) would be the best scenario so that by using this strategy the grassland, with 59.83 ton SOC per hectare until the end of the current century. According to the results predicted by the model, the highest SOCrate (32.9%) and the most change in SOC sequestration (ΔSOCs) (0.16 t/h) during the next 80 years were calculated in the range under scenario 3; whereas the lowest values (-32.0% and -0.11 t/h, respectively), were achieved in croplands under rotations of wheat-uncultivation under scenario2.

    Keywords: Carbon sequestration, Saral, Management Scenarios, RothC
  • MohammadMoein Fallahi, Saeid Shabanlou *, Ahmad Rajabi, Fariborz Yosefvand, MohammadAli Izadbakhsh Pages 993-1008

    Climate change is one of the major challenges affecting the environment especially groundwater resources. In this study, the effect of the climate change on the Razan plain groundwater level in two 20-year periods is investigated. To simulate the aquifer, the GMS groundwater model is validated and verified for two 18-year period, respectively. To examine the climate change impact on groundwater level variations in the upcoming periods, the CMIP5 models are utilized by three scenarios including Rcp, Rcp 8.5, Rcp 4.5 and Rcp 2.6. To consider the uncertainty of the prediction of the climate change models, the probability level method for precipitation and temperature changes are used. In the probability level method, the combination of 6 climate change models and three mentioned scenarios for each month, 18 values of predictions for ∆T and ∆P changes in the next year are estimated. Then, using the proper distribution in each month, the next ∆T and ∆P are estimated in the probability levels of 90 and 50 percent and the general circulation uncertainties are evaluated in these two probability levels to forecast climate variables including precipitation and temperature. The results of forecasting climatic variables for the Rcp 2.6, Rcp 4.5, Rcp 8.5 scenarios and two levels of probability of 90 and 50%, respectively, display changes in the average temperature of + 0.65, + 0.653, + 0.653, - 0.04 and +6.6 ° C and changes in average precipitation are -0.15, -0.06, +2.25, -30.2 and -0.095 percent during the period 2045-2018. Finally, using the GMS model, the effect of climate change on aquifer level changes under these scenarios are determined. The results show that the groundwater level under the combined scenarios Rcp 2.6, Rcp 4.5, Rcp 8.5 and two probability levels of 90 and 50% for the next period 2018-2045 compared to the base period of 1991-1998 will drop between -55.5 to -1.83 meters on average.

    Keywords: Groundwater level, climate change, Fifth report, Uncertainty, GMS Model
  • Hamed Javadi *, MohammadJavad Seghatolslami, Gholamreza Moosavi, Ahmad Mossavi Pages 1009-1021

    In order to study the effect of foliar application of nano and conventional zinc oxide and silica fertilizers on yield and yield components of millet Pishhang cultivar, an experiment was conducted in 2017 in the research farm of Birjand branch, Islamic Azad University, Birjand as split plots based on a randomized complete block design with three replications. Two levels of irrigation (irrigation based on 50% and 100% of water requirement by FAO method) were as the main plots. Also seven treatment of fertilizer foliar application (no foliar application (control), zinc oxide, silica oxide, nano zinc oxide, nano Silica, zinc oxide + silica and nano-zinc + nano-silica) were as the sub-plots. The results showed that deficit irrigation reduced plant height (36.2%), panicle length (21.2%), stomata conductance (14.2%), number of panicles per square meter (39.6%), number of seeds per panicle (33%), grain yield (62.8%), biological yield (38.4%) and harvest index (45.7%) compared to the control (100% water requirement). The effect of fertilizer foliar application was significant on chlorophyll index, stomata conductance, number of panicles per square meter, grain yield and biological yield. The highest grain yield was obtained from the application of common zinc oxide, nano-silica and zinc oxide+silica, which increased by 27.7, 26.8 and 15.9%, respectively, compared to the control. Also, the highest biological yield was obtained from the application of zinc + silica, ordinary zinc and nano-silica, which had an increase of 16.3%, 8.8% and 6.6%, respectively, compared to the control. Based on the results of this experiment, in order to preserve the environment and achieve maximum grain yield of millet in Birjand region, optimal irrigation and foliar application of nano-silica can be used.

    Keywords: Pishhang, Spad, Stomatal conductance
  • Mahdi Majedi Asl *, Rasoul Daneshfaraz, Meysam Shahbazi Marsa Pages 1023-1034

    The advantages of labyrinth weirs include high discharge coeficient and low water fluctuations, when flowing through the weir. The main objective of the present study is to experimentally investigate the variations of labyrinth weirs discharge coefficient (Cd) through altering the geometric parameters as the wall slope and the length of upstream and downstream apexes of each cycle. A total of 135 experiments were performed on 9 physical models in contracted canal (20 cm on each side). All models have been compared with the control sample (normal labyrinth weir,80A). The results showed that the trapezoidal labyrinth weir with an upstream apex of 5 cm with a wall slope of 10 degrees in the state of convergence (U10A) has a higher discharge coefficient and efficiency than the model without a wall slope. Their maximum difference is more than 12%. Also, the trapozidal labyrinth weir with an upstream apex of 8 cm with a wall slope of 10 degrees in the state of divergence (D10A) at the ratio of ht/p lower than 0.37, has a higher performance than the 80A model. By increasing this ratio and discharge, its superiority decreases. Finally, the results showed that by changing the slope of the walls by 10 degrees, the performance of the trapezoidal labyrinth weir increases compared to the non-sloping walls (verticall walls).

    Keywords: labyrinth, weirs, Slope, trapezoidal, convergence
  • Amir Ghaderi *, Saeed Abbasi Pages 1035-1055
    Stepped spillways are a common structure for energy dissipation since they create turbulence and frictional resistance to flow through the steps, which increases energy dissipation along the structure. In this study, by performing a series of tests, the effect of modifying the shape of steps by simultaneously applying elements on the steps and their edge on the flow pattern, inception point on the spillway, hydraulic jump characteristics in the downstream, and energy dissipation were investigated. The pool edge elements were of two types (height and notch), and the elements placed on the steps were different arrangements. Their results were compared to the flat stepped spillway. Finally, by applying these elements on an operational spillway, the effect of step modifications on the flow characteristic was evaluated. The results showed that the simultaneous application of elements on the steps and the edge caused some turbulence and instabilities on the flow surface with fluctuations and had little effect on the flow regime. Turbulence flow due to colliding with elements affects the inception point, causing it to be transferred upstream of the stepped spillway. Step modification reduces the sequent depth and jump length by 26.29 and 34.24%, respectively, and increases the energy dissipation rate by 14.38%. The effect of additional elements on the performance of the stepped spillway is high at low discharges. Modification of Siah-Bisheh stepped spillway by applying elements on the steps reduces the flow velocity by 9.8% downstream of the spillway, increases turbulent kinetic energy (TKE) by 63%, and enhances the energy dissipation rate by 11.32%.
    Keywords: Modified stepped spillway, Step elements, energy dissipation, Hydraulic jump characteristics, Siah-Bisheh stepped spillway
  • MohammadJavad Fardadi Shilsar, Mehdi Mazaheri *, JaMal Mohammad Vali Samani Pages 1057-1077

    In this study, the analytical solution of the pollution transport equation considering distributed source term and initial condition was performed by Laplace transform method for a general river network in a finite domain with constant coefficients for upstream and downstream using Dirichlet boundary conditions. Existence of the source term and initial condition increases the computational complexity to find the particular solution of the ordinary differential equation. To evaluate the existing analytical solution, two hypothetical examples were presented, that in each, modeling was performed on two branch and loop networks types considering a distributed source of pollution. Input data for modeling each of the desired river networks include values of velocity, dispersion coefficient, branch lengths, flow area, and input concentrations from boundaries and distributed sources. By calculating the diffusion and Laplace mass balance matrices (by influencing the distributed source) in the river network based on the connection and data matrix, a nonlinear equations system is created according to the Laplace s variable, which by solving it, the pollution concentration matrix and consequently the pollution concentration in each node is calculated by numerical inverse Laplace algorithm. The numerical solution used to validate the proposed analytical solution. The results showed that the statistical indices of R2, root mean square error, and mean absolute error in the best case were 99.86%, 0.0099, and 0.0067 kg/m3 for 1456 route and in the worst case were 95.20%, 0.0309 and 0.0194 kg/m3 for 23456 route of the loop network, respectively. The results showed that the two proposed solutions are well compatible together, indicating the good performance of the existing analytical solution and its replacement instead of numerical solution due to higher accuracy in the river network.

    Keywords: Concentration distribution function, Laplace transform method, Constant coefficients, Mathematical Modeling, Advection-dispersion-reaction-source equation
  • Masoud Pourgholam-Amiji, Mojtaba Khoshravesh * Pages 1079-1091
    At present, due to the severe crisis of water resources, the reuse of treated effluent and wastewater in the agricultural sector is of great importance. Heavy metals in wastewater are the most important types of environmental pollutants. The goal of this research is to investigate the effect of using magnetically treated effluent on the uptake of heavy metals in maize. For this purpose, a factorial experiment was conducted in a randomized complete block design with three replications in 2020 at Babolsar city. Treatments included irrigation with well water (W1), irrigation with mixed water (25% of effluent and 75% of well water, W2), irrigation with the mixed water (50% of effluent and 50% of well water, W3), irrigation with mixed water (75% of effluent and 25% of well water (W4), irrigation with 100% effluent (W5) under magnetic field (I1) and without magnetic field effect (I2). At the end of the period, the elements of lead, cadmium, zinc and nickel were measured in aerial parts and seeds of maize. The results showed that the effect of irrigation type and mixed water on the concentration of all elements in aerial parts and seeds of maize was significant at the level of one percent probability. By applying a magnetic field, the concentrations of lead, cadmium, zinc and nickel in the aerial parts of plant decreased by 17.84, 15.9, 14.22 and 13.92% compared to non-magnetic treatment, respectively. With increasing the percentage of effluent in the mixed water for irrigation, the concentration of all elements increased significantly. The maximum concentration of elements in aerial parts and seeds of maize was related to zinc, which was 93.19 and 74.32 mg/kg respectively. The lowest concentrations of heavy metal uptake in aerial parts and seeds of maize were cadmium (0.73 mg/kg) and nickel (3.61 mg/kg), which were corresponded to W5 treatment. Therefore, by using magnetic effluent as irrigation, the accumulation of heavy metals in the soil can be reduced and its absorption by maize can be prevented. Due to the high uptake of elements by the maize plant, when irrigating with effluents, it is advisable to select plants that have less potential for the accumulation of heavy metals.
    Keywords: Mixing Water, Effluent, lead, Cadmium, Zinc, nickel
  • Haniyeh Mohammadi, Javad Bazrafshan * Pages 1093-1109

    Dust has always been one of the most important environmental hazards and has adverse environmental consequences. The purpose of this study is to investigate the relationship between temperature extreme variables and dust storms and evaluate the best model for predicting the FDSD index in the west of the country. We used hourly visibility data, World Meteorological Organization codes and temperature extreme indices including maximum temperature (TXx) and minimum temperature (TNn) on a monthly basis for 14 meteorological stations located in the west of the country with a statistical period of 25 years (1990-2014) and correlation between them were considered using Tau-Kendall and Pearson correlation coefficients. Map of correlation coefficients to better display the results was prepared by spline method (base radius method) in ArcGIS software. Also, three artificial intelligence models including best neighbor algorithm (KNN), gene expression programming (GEP) and Bayesian network (BN) were evaluated to predict dust. The results showed that dust storms have a positive and significant correlation with temperature extreme indices in 14 studied stations, so that the highest Tau-Kendall correlation coefficient with FDSD index is related to the maximum temperature variable in Dogonbadan station with a value of 0.202 and with the minimum temperature at Sare-Pole-Zahab station with the correlation coefficient 0.242. Also, the highest Pearson correlation coefficient with FDSD index for the maximum temperature variable in Dogonbadan station was 0.415 and that of the minimum temperature in Islamabad station 0.211. Also, the results of the forecast indicated the proper performance of the KNN method, which is ranked first in 13 stations and the BN method had the best performance in Islamabad station. The results of this study can help to better understand the occurrence of dust storms and to studying their climatic relations, as well as to reducing the damage caused by this phenomenon in the study area.

    Keywords: Temperature limit variables, Tau Kendall correlation, Forecast, Best Neighborhood Algorithm, Bayesn Network
  • Mohsen Madahinasab *, Seyed Mohsen Mousavi Nik, Seyed Ahmad Ghanbari, Alireza Sirousmehr, Shapour Kouhestani Pages 1111-1125

    The entry of heavy metals into the soil through fertilizers increases the risk of their transfer to the food chain by changing the pattern of cation accumulation in the plant under the water deficiency. In order to investigate the accumulation of cadmium, copper, and iron by barley, an experiment was conducted as a randomized complete block design with three water deficiency levels (irrigation at 100 (control), 75, and 50% of field capacity) and four sampling stages (each 15 days) in three repetitions in Jiroft region in 2018 and 2019. After harvest, the reduction of soil cadmium, copper, and iron concentrations were 52, 63, and 23%, respectively. Their concentrations in plant shoots were 66, 85, and 96% lower than the ones in roots, respectively. With increasing water deficit, the concentration of residual iron in the soil and shoots increased, and the concentration of copper in soil decreased and increased in roots and shoots, while the cadmium decreased in plant and soil. Copper root accumulation index was higher than one and increased with increasing water deficiency levels, with a significant difference of 6.82 times compared to the control. In the multivariate regression model of growth rate in growth periods, the largest share in explaining the variance of indices belonged to growth rates in the third and fourth fifteen-day periods. According to the regression between growth rate and the indices, with increasing growth rate, the copper accumulation index of roots (β = -0.97) decreased and the translocation index for cadmium (β = 0.83) and copper (β =0.86) increased and for iron (β = -0.94) decreased linearly. In conclusion, under drought stress, none of the studied metals accumulated in the shoots. Although, the concentration of copper in the roots increased 3.31 times as compared to the soil, this increase did not lead any toxicity risk in the shoots.

    Keywords: Heavy metals, Soil contamination, Toxicity, Translocation index, Water deficiency
  • Mahboobeh Fallah, Hosseinali Bahrami *, Hossein Asadi Pages 1127-1144

    Accurate prediction of streamflow is crucial for water resources management, especially for the prediction of floods and soil erosion. In the current study, the capability of three machine learning (ML) methods, including Support Vector Regression (SVR), Artificial Neural Network with Backpropagation (ANN-BP), and Gradient Boosting Regression (GBR) was investigated using meteorological observations and MODIS snow cover data to forecast daily streamflow in two different basins, namely Latian and Navroud. For model development, four major predictors, including daily rainfall (P), maximum temperature (Tmax), minimum temperature (Tmin), and the Normalized Difference Snow Index (NDSI) from the MODIS satellite were used from 2000 to 2018. The performance of these models was evaluated using statistical indices. Simulation results revealed that all models presented satisfactory results in simulating daily streamflow using meteorological predictors, and the efficiency of all applied models was improved when the NDSI index was applied as an additional predictor. The best performance was observed in GBR among all studied models in both basins, whereas SVR revealed the lowest performance in forecasting streamflow for both validation and calibration steps in most cases. In general, the simulation results demonstrated higher accuracy in Latian basin than Navroud basin in both calibration and validation steps. The best performance among all models was observed using GBR with R = 0.85, NS=0.72, and RMSE = 3.43 m3/s using the NDSI index in Latian basin indicating the significant effect of snowmelt on streamflow generation in snowmelt-dominated regions.

    Keywords: Artificial Neural Networks, Machine Learning Model, NDSI, Support Vector Regression
  • Tayebeh Shoja, Ali Ebadi *, Masoud Esfahani, Shahram Mahmoudsoltani Pages 1145-1161

    Arsenic as aheavy metal, is one of the most important pollutant in the environment that has a detrimental effect on the morphological, physiological and biochemical properties of rice. Zinc application is one of the way to reduce negative effects of arsenic. For this purpose, an outdoor experiment was performed in the form of three-factor factorial experiment based on complete randomized design with three replications at the Rice Research Institute of Iran (Rasht) during growing season in 2019. The proposed factors were zinc at three levels (0, 10 and 20 mgkg-1) as zinc sulfate, arsenic at three levels (0, 1 and 2 mg kg-1) as Arsenic oxide, and three  rice cultivars (Hashemi, Gilaneh, Ghodsi). The results indicated that all factors had significant effect on the amount of zinc uptake in the soil, straw and grain, amount of arsenic in the soil, straw and grain, plant height, total and fertile tiller number, panicle length, 1000-seed weight, biomass and grain yield.   The uppermost increase in plant height, total tiller number, fertile tillers, panicle length, 1000-seed weight and grain yield were recorded 1.5, 68.4, 85.05, 31.5, 6.6 and 58.5 percent, respectively due to soil application of 20 mg zinc per kg-1. In terms of zinc uptake by straw and grain, Hashemi cultivar> Ghodsi cultivar> Gilaneh cultivar  showed the highest zinc content, respectively, which Hashemi and Ghodsi cultivars are more efficient in terms of zinc uptake and are more tolerant to arsenic. The highest amount of arsenic in straw and grain was observed in Gilaneh> Ghodsi> Hashemi cultivars, respectively. Therefore, due to the interaction of zinc with arsenic, the use of zinc and cultivars with high zinc uptake capacity might be a good way to reduce arsenic toxicity in rice plants.

    Keywords: micronutrients, heavy elements, rice, Yield, Yield components
  • Karim Shahbazi *, Arzhang Fathi-Gerdelidani, Mostafa Marzi Pages 1163-1212

    In the world, attention to the content of heavy metals in the soil has increased due to their potential risks to the environment and human health. In recent decades, many studies have been reported on soil contamination by heavy metals in Iran, but most studies do not show heavy metal status in soils on a national scale. On the other hand, despite the importance of background concentration of heavy metals for the assessment of pollution and environmental risks of these metals, no study has yet been published for soils of Iran at the national scale. In this study, an attempt was made to provide a comprehensive understanding of the status of heavy metals in soils of Iran on a national scale based on quantitative and qualitative analysis of the results of studies reported. To conduct this research, a total of 247 studies (both articles and final reports of research projects on field monitoring of heavy metals in soils of Iran that were published until November 2021 were collected. The required information (analysis results of about 21,400 soil samples) were extracted from the studies and first evaluated in terms of quality assurance and quality control criteria. Then, studies were classified into agricultural, urban and industrial based on the type of land use, and after screening and selecting studies that had the minimums required in terms of quality control, various statistics such as weighted average, median, background concentration and pollution index for heavy metals As, Pb, Cd, Cr, Co, Ni, Cu and Zn were calculated and analyzed....

    Keywords: Agricultural, urban, industrial soils, Background concentration, potentially toxic elements, quality control