فهرست مطالب

دانش آب و خاک - سال سی و سوم شماره 1 (بهار 1402)

نشریه دانش آب و خاک
سال سی و سوم شماره 1 (بهار 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/01/08
  • تعداد عناوین: 15
|
  • الهام عزیزی*، آتنا میربلوک، سمیرا سعادتدار آرانی صفحات 1-15
    گیاه پالایی یکی از روش های حذف آلودگی سرب از خاک است و استفاده از کی لیت ها، کارایی این روش را افزایش می دهد. در این تحقیق اثر کاربرد کی لیت های اتیلن دی آمین تترا استیک اسید (EDTA) و دی اتیلن تری آمین پنتا استیک اسید (DTPA) و اسیدهای آلی شامل استیک اسید (AA)، سیتریک اسید (CA) و تارتاریک اسید (TA) با غلظت صفر و 10 میلی مول بر کیلوگرم در خاک آلوده به سرب در 5 سطح غلظتی صفر، 100، 200، 300 و 400 میلی گرم در کیلوگرم سرب از منبع نیترات سرب بر گیاه پالایی گیاه مرزه در قالب فاکتوریل به صورت طرح کاملا تصادفی با سه تکرار بررسی شد. نتایج نشان داد که وزن خشک اندام هوایی گیاه مرزه در حضور اسیدهای آلی بیشتر از کی لیت های سنتزی افزایش یافت و با افزایش غلظت سرب به 300 و 400 میلی گرم در کیلوگرم خاک، وزن خشک گیاه کاهش یافت. اسید استیک به طور موثری باعث افزایش غلظت سرب قابل دسترس در خاک شد و بیشترین مقدار آن در غلظت 400 میلی گرم در کیلوگرم سرب در خاک به دست آمد. بیشترین پتانسیل استخراج گیاهی با کاربرد استیک اسید و در غلظت 100 میلی گرم در کیلوگرم سرب در خاک مشاهده شد. اسیدهای آلی در مقایسه با کی لیت ها نقش موثرتری در افزایش پتانسیل استخراج فلز سرب توسط گیاه مرزه نشان دادند. نتایج این پژوهش نشان داد که گیاه مرزه تا غلظت های 200 میلی گرم بر کیلوگرم سرب در خاک توانایی بالایی را در استخراج گیاهی سرب از خاک داشت و با توجه به اینکه انتقال فلز سرب از ریشه به اندام هوایی با کارایی بالایی انجام شد، می توان از این گیاه و در حضور اسیدهای آلی به عنوان متحرک کننده، برای فناوری پاکسازی خاک استفاده کرد.
    کلیدواژگان: : اسیدهای آلی، زیست پالایی، DTPA، EDTA
  • عبدالله رنجبر*، منوچهر حیدرپور، سید سعید اسلامیان، مهران شیروانی صفحات 17-31

    به دلیل ایجاد آلودگی در طبیعت توسط فلز سرب، برای حذف این فلز سنگین از محلول های آلوده شبیه سازی شده در آزمایشگاه، از جاذب خام تهیه شده از ساقه کلزا و جاذب بیوچار فعال سازی شده با بخار آب استفاده شد؛ به اینصورت که جاذب بیوچار فعال سازی شده با بخار آب، در دمای کربن سازی 500 درجه سلسیوس و دمای فعال سازی 700 درجه سلسیوس تهیه شد و آزمایش های ایزوترم جذب سرب در دمای 25 درجه سلسیوس، صورت گرفت. سپس آزمایش های انتخاب بهترین pH جاذب و بهترین مقدار جاذب انجام گرفت. در ادامه، هر دو جاذب خام و بیوچار با نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی (Fe3O4) در سطح 5% اصلاح شدند و آزمایش های ایزوترم جذب سرب با استفاده از جاذب های جدید نیز انجام گردید. نتایج نشان داد که جاذب بیوچار فعال سازی شده با بخار آب اصلاح شده با نانوذرات اکسید آهن مغناطیسی (BC-5%) به عنوان بهترین جاذب برای از حذف آلاینده سرب، می باشد. در جاذب مذکور، حداکثر میزان آلاینده جذب شده روی جاذب برابر 62/63 میلی گرم بر گرم، پارامتر ثابت جذب لانگمویر برابر 06790/0 لیتر بر میلی گرم، ضریب تبیین برابر 9798/0 و خطای استاندارد  برابر 219/3 به دست آمد.

    کلیدواژگان: بیوچار، جاذب، سرب، نانوذرات، همدمای جذب
  • مهدی کماسی*، سروش شرقی صفحات 47-62

    مدل سازی و پیش بینی فرآیند بارش-رواناب نقش مهمی را در مدیریت منابع آب، برنامه ریزی های شهری، عملکرد مخازن سد و... ایفا می کند. ماشین بردار پشتیبان (SVM) به عنوان یکی از مدل های نوین هوش مصنوعی، از قابلیت و انعطاف پذیری بالایی در پیش بینی داده های هیدرولوژیکی برخوردار است. در این پژوهش ایده ی  مدل سازی  فرآیند بارش-رواناب توسط مدل ترکیبی الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات و ماشین بردار پشتیبان موجکی (PSO-WT-SVM) مطرح گردیده است. در ساختار الگوریتم SVM پارامترهای ثابتی وجود دارد که می بایست توسط کاربر تعیین گردند بطوریکه انتخاب نامناسب این پارامترها موجب کاهش قابل توجه کارایی مدل می گردد. جهت حل این مشکل از الگوریتم بهینه سازی تجمعی ذرات (PSO) برای یافتن مقادیر بهینه ی پارامترهای مدل SVM استفاده شده و مدل ترکیبی PSO-SVM معرفی می شود. در گام بعدی، با انجام عمل پیش پردازش بر روی داده ها توسط تبدیل موجک (WT) مدل PSO-WT-SVM مطرح می گردد. نهایتا سری زمانی روزانه بارش-رواناب دشت سیلاخور واقع در استان لرستان توسط مدل ساده SVM و مدل های ترکیبی PSO-SVM و PSO-WT-SVM  مدل سازی  و پیش بینی شده و دقت  مدل سازی  توسط دو معیار ضریب تبیین و میانگین مربع خطاها (RMSE) مورد سنجش قرار می گیرد. نتایج حاصل از این  مدل سازی  در مرحله صحت سنجی نشان می دهد که مدل ترکیبی PSO-SVM و PSO-WT-SVM با ضریب تبیین به ترتیب 72/0 و 89/0 جایگزین بسیار مناسبی نسبت به مدل SVM با ضریب تبیین 57/0 برای پیش بینی سری زمانی بارش-رواناب دشت سیلاخور می باشند.

    کلیدواژگان: آنالیز موجک، الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO)، مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM)، مدل ترکیبی
  • حسین حکیمی خانسر*، علی حسین زاده دلیر، جواد پارسا، جلال شیری صفحات 63-77
    پیش بینی دقیق فشار آب حفره ای در بدنه سدهای خاکی حین ساخت، یکی از مهم ترین عوامل در مدیریت پایداری سدهای خاکی است. در این تحقیق با استفاده از سه مدل متفاوت شبکه عصبی تکاملی شامل شبکه عصبی پرسپترون چند لایه با الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ازدحام ذرات و الگوریتم رقابت استعماری برای تخمین فشار آب حفره ای در بدنه سدهای خاکی کبودوال استان گلستان در زمان ساخت مورد مطالعه و مقایسه قرار گرفته است. پنج ویژگی شامل تراز خاک ریزی، زمان ساخت سد، تراز مخزن (آبگیری)، سرعت آبگیری و سرعت خاک ریزی در طول دوره آماری 1388-1391 یا 4 ساله به عنوان ورودی مدل هیبریدی در پیزومتر EP19.7 انتخاب شدند. ترکیب ورودی ها با استفاده از روش انتخاب ویژگی و هیبرید الگوریتم چرخه آب-شبکه عصبی مصنوعی (WCA-ANN) به دست آمده است. با اجرای الگوریتم هیبریدی و آنالیز حساسیت و روش انتخاب ویژگی، تراز خاک ریزی، زمان ساخت سد، تراز آب گیری و سرعت آبگیری به عنوان چهار ورودی برتر انتخاب شدند زیرا ترکیب این 4 ویژگی با مقدارMSE  برابر1587/1 کمترین خطا را دار بوده است. در این مطالعه وزن های شبکه عصبی به کمک سه الگوریتم فرا ابتکاری مذکور به منظور افزایش کارایی بهینه شده است. در حالت کلی با توجه به شاخص های آماری، نتایج حاکی از دقت قابل قبول هر سه مدل هیبریدی است. از لحاظ اولویت نیز مدل هیبرید ANN-GA با بیش ترین دقت و کمترین خطا و مقادیر ، RMSE و MAE به ترتیب برابر با 9773/0، 0457/0 و 0399/0 در اولویت اول و مدل های هیبریدی ANN-PSO و ANN-ICA به ترتیب در اولویت های بعدی قرار گرفتند.
    کلیدواژگان: الگوریتم چرخه آب، الگوریتم ژنتیک، سد خاکی، شبکه عصبی مصنوعی، فشار آب حفره ای
  • اولدوز بخشی راد، محمدصادق عسکری*، علیرضا واعظی، علی افشاری صفحات 79-92

    آلودگی فلزات سنگین در خاک از مهمترین مشکلات زیست محیطی در دنیا است. روش های مرسوم ارزیابی مقادیر فلزات سنگین در خاک نیاز به زمان و هزینه زیادی دارند. هدف از این پژوهش بررسی کارایی روش تجزیه و تحلیل چند متغیره در بکارگیری فن سنجش از دور برای کمی سازی روی و سرب بود. برای این منظور 230 نمونه خاک در منطقه ای به وسعت 3424 کیلومتر مربع در شهرستان زنجان جمع آوری شد. مقادیر سرب و روی خاک اندازه گیری و 31 شاخص طیفی با تصاویر ماهواره سنتینل 2 تهیه شد. مدل های برآورد طیفی فلزات با سه روش رگرسیون مولفه های اصلی (PCR)، حداقل مربعات جزیی (PLSR) و ماشین بردار پشتیبان (SVMR) ارزیابی شد. دامنه تغییرات مقدار سرب 40 تا 364 و روی 96 تا 824 میلی گرم بر کیلوگرم بود. مدل SVMR (6/2RPD≥  و  84/0≥ R²،40 RMSE≤)، برآورد طیفی بهتری برای هر دو فلز نسبت به مدل PLSR (9/1RPD≥  و  7/0≥ R²،53 RMSE≤) و مدل PCR  (3/1RPD≥  و  45/0≥ R²،75 RMSE≤) داشت. محدوده حاشیه قرمز و مادون قرمز موثرترین محدوده طول موجی نظارت بر آلودگی فلزات سرب و روی و شاخص های روشنایی و پوشش گیاهی مثلثی اصلاح شده موثرترین شاخص ها در برآورد طیفی سرب و روی در خاک های مورد مطالعه بودند.  مدل SVMR  دقت بالا و مدل PLSR دقت قابل قبولی جهت ارزیابی و نظارت بر سرب و روی نشان دادند. نتایج نشان داد تحلیل چند متغیره داده های سنجش از دور ابزاری کاربردی جهت ارزیابی سریع و کمی آلودگی فلزات سنگین در اراضی استان زنجان و مناطق مشابه می باشد.

    کلیدواژگان: آلودگی خاک، شاخص طیفی، فلزات سنگین، ماهواره سنتینل-2، مدل های برآورد طیفی
  • رقیه واحدی*، میرحسن رسولی صدقیانی صفحات 93-106
    در شرایط خشک و نیمه خشک ایران اکثر خاک ها آهکی و دارای ماده آلی کم بوده و میزان عنصرهای غذایی کم-مصرف قابل جذب کمی دارند. این پژوهش با هدف بررسی زیست فراهمی برخی عنصرهای کم مصرف تحت تاثیر بیوچار و کمپوست بقایای هرس درختان در حضور باکتری های PGPR در ریزوسفر گندم در شرایط رایزوباکس انجام گردید. فاکتورهای مورد بررسی شامل بقایای آلی (بیوچار، کمپوست و شاهد)، تلقیح میکروبی (تلقیح باکتری PGPRو بدون تلقیح) در خاک ریزوسفر بودند. در پایان دوره رشد، ماده آلی (OM) و غلظت آهن، روی، مس و منگنز در خاک های ریزوسفری و جذب این عناصر در گیاه اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که میزان ماده آلی و عنصرهای غذایی کم مصرف در خاک ریزوسفر تحت تاثیر بقایای آلی و باکتری های PGPR افزایش معنا داری داشتند. افزودن بیوچار در شرایط تلقیح منجر به افزایش 6/84 و 9/17 درصدی غلظت آهن و منگنز نسبت به شرایط بدون تلقیح در خاک ریزوسفر شد. حضور PGPRها سبب افزایش زیست فراهمی 2/52 و 9/34 درصدی روی و مس در تیمار کمپوست در مقایسه با تیمار بدون تلقیح گردید. کاربرد بقایای آلی و تلقیح باکتریایی سبب افزایش جذب عنصرهای غذایی کم مصرف توسط گیاه گندم شد. نتایج نشان داد که بقایای آلی و تلقیح میکروبی می تواند سبب افزایش جذب عناصر کم مصرف گیاه گندم شوند.
    کلیدواژگان: باکتری، پیرولیز، رایزوباکس، عنصرهای غذایی کم مصرف، مواد آلی
  • مسعود محمدی*، کامران داوری، هادی دهقان صفحات 94-107

    آبیاری نقش بسیار مهمی در افزایش تولید مواد غذایی دارد و از آنجایی که مناطق خشک و نیمه خشک با کمبود آب مواجه هستند، بهینه سازی عمق آبیاری و آبشویی از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. استفاده از مدل های شبیه سازی از جمله مدل AquaCrop، در بررسی و تحلیل سناریوهای مختلف آبیاری و انتخاب مدیریت مناسب آب به خصوص در شرایط کمبود منابع آب می تواند بسیار کمک کننده باشد. در این تحقیق از مدل AquaCrop واسنجی و صحت سنجی شده برای دو رقم گندم در منطقه بیرجند و یک رقم گندم در منطقه مشهد استفاده گردید. کدنویسی انجام شده در نرم افزار MATLAB به منظور بهینه سازی آبیاری و آبشویی در شرایط محدودیت آب، با مدل AquaCrop لینک گردید. نتایج بهینه سازی نشان داد که سود خالص برای بهترین مدیریت آبیاری و آبشویی در تمام سطوح شوری و رقم های مختلف گندم به جز سطوح شوری 6/8 و 10 دسی زیمنس بر متر رقم مشهد و سطح شوری 6/9 دسی زیمنس بر متر رقم روشن، بیشتر از مدیریت های موجود در تحقیق شهیدی و حق وردی بود. در شرایطی که هدف، دستیابی به حداکثر سود خالص و حداقل زه آب تولیدی بود مدل با تغییر نوع مدیریت آبیاری و کاهش دادن میزان آبشویی بخصوص آبشویی فقط در دو آبیاری آخر، میزان آب مصرفی را کاهش داد و میزان زه آب تولیدی را به صفر رساند. همچنین نتایج نشان داد میزان کاهش آب ناخالص آبیاری در شوری های بالاتر از حد آستانه تحمل گندم نسبت به دیگر سطوح شوری، بسیار کم بود و اختلاف ناچیزی داشتند. به علت اینکه در سطوح شوری بالا نسبت به سطوح شوری پایین، افت محصول در کم آبیاری ها بیشتر بود و در نتیجه در سطوح بالاتر از حد آستانه تحمل گندم، کم آبیاری اقتصادی و مقرون به صرفه نبود. به طور کلی نتایج بهینه سازی نشان داد که در منطقه بیرجند و مشهد می توان با استفاده از بهترین مدیریت آبیاری و آبشویی در سطوح مختلف شوری، سود حاصله از کشت گندم را افزایش داد.

    کلیدواژگان: بیرجند، گندم، مدل AquaCrop، مدیریت آبیاری، Matlab
  • جواد حسین زاد*، آمنه سرباز صفحات 109-127

    یکی از عوامل اصلی در استخراج آب از منابع زیرزمینی، نهاده انرژی می باشد. لذا سیاست های قیمتی مربوط به حامل های انرژی روی هزینه استخراج آب و به تبع آن در میزان برداشت آب تاثیر خواهد گذاشت. یکی از دلایلی که در سال های گذشته موجب شده است، فشار بیشتری بر منابع آب زیرزمینی وارد شود سیاست های یارانه ای نامناسب در رابطه با قیمتهای حامل های انرژی می باشد. با توجه به ارتباط تنگاتنگ بین قیمت حامل های انرژی و هزینه های استخراج آب زیرزمینی در مطالعه حاضر سعی شده است تا با استفاده از الگوی برنامه ریزی پویا اثر کاهش یارانه حامل های انرژی بر میزان استخراج و مصرف منابع آب زیرزمینی، الگوی کشت و درآمد کشاورزان دشت شبستر که از مناطق بحرانی کشور از لحاظ منابع آب زیرزمینی محسوب می شود، مورد بررسی قرار گیرد. نتایج نشان داد که با کاهش یارانه حامل های انرژی، میزان برداشت آب از منابع زیرزمینی کاهش می یابد. مثلا کاهش 25 و 50 درصدی در یارانه حامل های انرژی به ترتیب حدود 5/4 و 5/6 میلیون متر مکعب استخراج آب از منابع زیرزمینی را  در سال کاهش می دهد. همچنین سطح زیرکشت برخی محصولات آب بر و کم درآمد کاهش یافته و الگوی کشت به سمت محصولات با درآمد بالا مانند پیاز، سیب و گردو تغییر می یابد. نتایج حاکی از آن است که  اتخاذ سیاست های مناسب یارانه حامل های انرژی می تواند در بهبود شرایط استخراج منابع آب زیرزمینی مفید واقع گردد.

    کلیدواژگان: استخراج، مدل برنامه ریزی پویا، منابع آب زیرزمینی، یارانه حامل های انرژی
  • نگار رسولی مجد، مجید منتصری*، بابک امیرعطایی صفحات 129-143
    در این مطالعه بطور نوآورانه یک ارزیابی جامعی از تاثیر ضریب همبستگی متقابل دو متغیر بارندگی و تبخیر- تعرق بر عملکرد شاخص خشکسالی SPEI در پیش‏بینی رفتار بلند مدت خصوصیات خشکسالی کشاورزی بر پایه داده‏های 39 ایستگاه سینوپتیک واقع در شرایط اقلیمی و ارتفاع مختلف در سرتاسر ایران انجام پذیرفته و عملکرد آن با شاخص SPI مقایسه گردیده است. بدین منظور سری داده‏های مصنوعی بارندگی و تبخیر- تعرق (به تعداد 10000 جفت) با استفاده از مدل استوکاستیک چندگانه اتورگرسیو با تاخیر یک برای دامنه وسیع از ضریب همبستگی متقابل دو متغیر فوق تولید شد و سپس برای پایش و تعیین خصوصیات خشکسالی استفاده گردید. نتایج این مطالعه بیانگر رفتار نظام‏مند و وابسته خصوصیات مختلف خشکسالی با همبستگی متقابل دو متغیر بارندگی و تبخیر- تعرق بود. بطوریکه، عملکرد دو شاخص خشکسالی SPEI و SPI با افزایش همبستگی متقابل دو متغیر (⇒|R|) بطور غیرخطی یا توانی نزدیک به هم بوده (ضریب همبستگی R=0.85) و برای همبستگی متقابل برابر صفر حداکثر اختلاف مابین خصوصیات خشکسالی برای دو شاخص حاصل شد. نهایتا نتایج این مطالعه به‎عنوان یک راهنمای جامع در استنباط دقیق و واقعی از رخدادها و خصوصیات خشکسالی بازای شاخص SPEI بوده و می‎تواند کمک موثری در تفسیر نتایج خشکسالی با شاخص SPEI داشته باشد.
    کلیدواژگان: خصوصیات خشکسالی، شبیه‏سازی مونت کارلو، مدل‏های تولید داده، همبستگی متقابل، SPI، SPEI‏
  • زهرا عالمی حیدرانلو، حسین رضایی*، کیوان خلیلی صفحات 145-159

    امنیت آبی مفهومی پیچیده از مدیریت یکپارچه منابع آب است که وضعیت کشورها و حوضه های آبریز را از نظر دسترسی به منابع آب مورد بررسی قرار می دهد. عوامل متعدد هیدرولوژیکی، ساختاری، نهادی، سیاسی، اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی در ایجاد امنیت آبی دخیل هستند. پژوهش حاضر بر آن است تا عوامل هیدرولوژیکی موثر بر امنیت آبی زیرحوضه غربی دریاچه ارومیه را بررسی نماید. بدین منظور میانگین وزنی نرمال شده ی چهار شاخص دسترسی به آب، شدت برداشت آب، تغییرپذیری رواناب ماهانه و درصد اراضی کشت آبی از کل زمین های زیر کشت در بازه های زمانی پنج ساله شامل سال های 1385 و 1390 محاسبه گردید. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که وضعیت امنیت منابع و مصارف آب در محدوده های غربی حوضه دریاچه ارومیه دارای شرایط نسبتا مشابه و در طبقه متوسط و ضعیف قرار گرفته است. امتیاز امنیت منابع و مصارف آب کل زیرحوضه غربی دریاچه ارومیه برای سال های 1385 و 1390 به ترتیب برابر با 4/0 (متوسط) و 32/0 (ضعیف) است. کاهش امنیت منابع و مصارف آب در طول بازه های زمانی ناشی از کاهش سرانه منابع آب تجدیدپذیر و افزایش شدت برداشت آب در زیر حوضه غربی دریاچه ارومیه بوده است که نیازمند بازنگری در مدیریت میزان مصارف آب در بخش های مختلف می باشد.

    کلیدواژگان: امنیت منابع و مصارف آب، حوضه دریاچه ارومیه، دسترسی به آب، شدت برداشت آب
  • سید محمد تاج بخش فخرآبادی*، جواد مومنی دمنه صفحات 161-179

    روش های مختلفی برای درون یابی داده مکانی وجود دارد و هر گونه کاستی در انتخاب روش مناسب توزیع مکانی عوامل اقلیمی و بی توجهی به دقت روش های درون یابی می تواند موجب بروز خطا در برآوردهای طراحی گردد. در این پژوهش از داده های ماهانه بارندگی 79 ایستگاه سینوپتیک با حداقل 30 سال طول دوره آماری از 1988 تا سال 2017 استفاده گردید. پس از بررسی رژیم بارش در حوزه های آبخیز شش گانه ایران، مقدار SPI در بازه های 3، 5 و 8 ماهه از داده های بارندگی ماهانه در هر سال استخراج و برای هر ایستگاه محاسبه و برای هریک از پدیده ها (SOIو NAO) موردبررسی قرار گرفت و در سه گام زمانی ده ساله، سال هایی با خشک سالی های بسیار شدید در حوضه مشخص گردید. در تعیین توزیع بارندگی در پریودهای زمانی 10 ساله در نقاط فاقد آمار از شاخص های میانگین قدر مطلق خطای نسبی (MARE)، میانگین خطای اریبی انحراف (MBE)، درصد میانگین خطای مطلق (MAPE) و ریشه دوم میانگین مربع خطا (RMSE) استفاده گردید. در مجموع با استفاده از خطاهای فوق در دوره سه ماهه، پنج ماهه و 8 ماهه در بین روش های درون یابی قطعی، روش توابع پایه ای شعاعی (RBF) و درون یابی چندجمله ای محلی (LPI) نسبت به دو روش دیگر (IDW,GPI)، (نتایج دوره 3 و 5 ماهه بالای 62 درصد بوده و 8 ماهه بالای 72 درصد) نتایج بهتری ارایه کرده است. در مورد روش های کریجینگ، روش کریجینگ ساده (درجه دوم منطقی) در درون یابی متغیرهای بارش میانگین، بارش با دوره 3 و 5 ماهه، روش کریجینگ ساده (نمایی) در درون یابی متغیرهای بارش میانگین بارش با دوره 8 ماهه بهترین روش زمین آمار بوده است.

    کلیدواژگان: پدیده های اقلیمی، پهنه بندی، حوزه آبخیز، خشکسالی، زمین آمار
  • علی لطف الهی، صاحبعلی بلندنظر، ناصر علی اصغر زاد، بهمن خوشرو* صفحات 181-187

    در این تحقیق تاثیر تلقیح دوگونه قارچ آربوسکولار مایکوریزا (Diversispora versiformis و Rhizophagus irregularis) و یک گونه قارچ اندوفیت Piriformospora indica  بصورت مجزا و تلفیقی بر ترکیبات شیمیایی و تولید اسانس گیاه گشنیز بررسی شد. تیمارهای آزمایش شامل تیمار قارچ منفرد (RI: R. irregularis، DV: D. versiformis، PI: P. indica)، تیمارهای  قارچی تلفیقی (PI+DV، PI+RI، RI+DV و PI+RI+DV)، تیمار شاهد مثبت (دارای کود اوره و سوپرفسفات تریپل، بدون قارچ) و تیمار شاهد منفی (بدون کود شیمیایی، بدون قارچ) بود. این آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تکرار در شرایط گلخانه ای انجام گرفت. وزن تر و خشک ریشه و بخش هوایی، درصد کلنیزاسیون، فنول برگ، ظرفیت آنتی اکسیدانی، کارتنویید، کلروفیل کل و عملکرد اسانس پارامترهایی بودند که برای گیاه گشنیز اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که اثر هرسه گونه قارچ (مایکورایزا و اندوفیت) هم بطور مجزا و هم تلفیقی بر شاخص های اندازه گیری شده معنی دار می باشد (p<0.01). تیمار تلفیقی سه قارچ (PI+RI+DV) در وزن تر و خشک بخش هوایی به ترتیب با 62/8% و 94/17%، تیمار DV در وزن تر و خشک بخش ریشه به ترتیب با 66/22 % و 04/48 % ، تیمار تلفیقی PI+RI  در کلنیزاسیون ریشه (75/91%)، تیمار RI+DV در فنول (5/72 %)، تیمار PI در سه پارامتر ظرفیت آنتی اکسیدانی (81/11 %)، کلروفیل کل (81/7 %) و کارتنویید (87/5 %) و تیمار PI+DV در عملکرد اسانس (2/107%) نسبت به تیمار شاهد منفی افزایش نشان دادند. طبق نتایج این تحقیق استفاده از قارچ های مایکورایزا و اندوفیت بصورت تلفیقی نتایج بهتری نسبت به کاربرد منفرد آنها داشته و لذا می توان جهت افزایش عملکرد سبزیجات استفاده کرد.

    کلیدواژگان: شاخص کلروفیل، ظرفیت آنتی اکسیدانی، کارتنویید، کلنیزاسیون، متابولیت ثانویه
  • بیتا مروج الاحکامی*، جلال مدیری یزدی صفحات 189-201
    به دلیل کاهش منابع آبی و افزایش دور آبیاری سنتی در باغات، روی آوردن به سیستم های نوین آبیاری از جمله آبیاری تحت فشار امری ضروری است. اما آنچه موجب نگرانی است اثرات تغییر سیستم آبیاری از سنتی به تحت فشار از نقطه نظر تامین نیاز آبی درختان مسن و تغییر کیفیت خاک به مرور زمان می باشد. در این مطالعه، دو روش آبیاری غرقابی-زیرزمینی و آبیاری قطره ای- سطحی در مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان یزد اجرا شدند. سنجش رطوبت حجمی خاک در سه عمق 15، 30 و 60 سانتیمتری از سطح خاک برای هر روش آبیاری با سه تکرار در طول دوره آزمایشی(اردیبهشت تا دی 1398) انجام شد. نتایج نشان داد که رطوبت خاک در آبیاری قطره ای- سطحی در عمق 15 سانتی متری و 30 سانتی متری در انتهای دور آبیاری بیشتر از آبیاری غرقابی-زیرزمینی بود. دو روز بعد از آبیاری اثرات آبیاری غرقابی- زیرزمینی بر توزیع رطوبت خاک در اعماق پایین تر خاک مشهود شد، به گونه ای که رطوبت خاک در عمق 60 سانتی متری خاک در آبیاری غرقابی- زیرزمینی بیشتر از آبیاری قطره ای -سطحی بود. سنجش رطوبت خاک در عمق 60 سانتی متری خاک نشان داد روش آبیاری غرقابی -زیرزمینی قادر به طولانی کردن دور آبیاری به مدت 9 روز است. به طور کلی با توجه به شرایط حاکم بر منطقه مطالعاتی آبیاری غرقابی-زیرزمینی در راستای صرفه جویی در مصرف آب و رساندن تدریجی آب به لایه های زیرین خاک موثر عمل کرده است، اگرچه به دلیل کاربرد آب در زیرسطح خاک منجر به افزایش شوری خاک سطحی شد.
    کلیدواژگان: آبیاری زیرزمینی، آبیاری غرقابی، آبیاری قطره ای، تبخیر، شوری خاک
  • محمدنوید فرح زا، بیژن نظری* صفحات 203-217

    نیاز به آموزش در بخش کشاورزی به منظور استفاده بهتر از منابع زمین و آب همیشه وجود دارد. در این پژوهش منابع یادگیری و آموزشی کشاورزان شناسایی شدند. سپس وضعیت بهره برداری از آن به تفکیک سامانه های آبیاری (سطحی و تحت فشار) و ارتباط آن با سن، تحصیلات، پیشینه به کارگیری سامانه آبیاری با استفاده از آزمون های آماری مورد ارزیابی و تحلیل قرار گرفت. روش انجام پژوهش فن دلفی و ابزار پیمایش پرسشنامه بود. در مجموع 358 پرسشنامه تکمیل و جمع آوری شدند. ارزیابی ها نشان دادند وضعیت بهره برداری از منابع یادگیری و آموزشی از دیدگاه "کشاورزان"، "صاحب نظران" و "آموزشگران" به ترتیب دارای امتیاز 08/1±73/1، 94/0±47/2 و 79/0±99/1 (از امتیاز کل 5) برای زارعان دارای سامانه آبیاری سطحی،  05/1±98/1، 84/0±52/2 و 95/0±39/2 (از امتیاز کل 5) برای زارعان دارای سامانه آبیاری تحت فشار، 08/1±19/2، 87/0±28/2 و 96/0±12/2 (از امتیاز کل 5) برای باغداران دارای سامانه آبیاری سطحی و 92/0±55/2، 88/0±38/2 و 21/1±37/2 (از امتیاز کل 5) برای باغداران دارای سامانه آبیاری تحت فشار است. وضعیت بهره‎برداری از منابع یادگیری و آموزشی (متوسط به پایین) نشان می دهد ظرفیت سازی و تغییر در محتوا و نحوه ی استفاده از منابع یادگیری و آموزشی با توجه به شرایط و علایق و زمینه های انگیزشی کشاورزان امری ضروری و لازم است. در میزان استفاده از منابع یادگیری و آموزشی کشاورزان سن در هیچ کدام از گروه ها تاثیر معناداری ندارد. پیشینه به کار گیری سامانه آبیاری تنها در گروه زارعان دارای سامانه آبیاری تحت فشار دارای رابطه مثبت و معنادار بود و سطح تحصیلات در تمامی گروه ها اثر مثبت و معنادار داشته است.

    کلیدواژگان: آبیاری تحت فشار، آبیاری سطحی، آموزش، آموزشگران، دلفی
  • هادی انصاری، صفر معروفی* صفحات 219-232
    تعیین دقیق میزان تابش خورشیدی در سطح زمین برای مطالعات اقلیمی و کاربردهای انرژی خورشیدی، امر مهمی است. مجموعه داده های ماهواره ای تابش خورشیدی، پوشش وسیعی از داده های مکانی و زمانی را ارایه می دهد، اما اعتبارسنجی دقیق این داده ها، برای استفاده قابل اعتماد از آنها لازم است. در این مطالعه از داده های روزانه ماهواره ای تابش SARAH برای تخمین تابش خورشیدی روزانه در پنج ایستگاه هواشناسی منطقه شمال غرب ایران در سال های 2009 و 2010 استفاده گردید. با توجه به نتایج به دست آمده، داده های تابش SARAH از دقت بالایی در برآورد تابش خورشیدی در سطح همه ایستگاه های مورد مطالعه برخوردار بودند. در ایستگاه تبریز خطای تخمین تابش در مقایسه با ایستگاه های دیگر کمتر بود. با توجه به معیار ارزیابی انحراف استاندارد عمومی (GSD)، در همه ایستگاه ها، برآورد تابش در فصل تابستان و زمستان به ترتیب کمترین (5/2-12/6 = GSD) و بیشترین (2/25-2/18 = GSD) مقدار خطا را دارا بود. نتایج نشان داد که عواملی نظیر توپوگرافی و پوشش برف بر دقت تخمین داده های تابش SARAH تاثیرگذار می باشند.
    کلیدواژگان: تابش خورشیدی، توپوگرافی، پوشش برف، شمال غرب ایران، SARAH
|
  • Elham Azizi *, Atena Mirbolook, Samira Sadatdar Arani Pages 1-15
    Phytoremediation is a method for decreasing lead contamination in soil and the use of chelates increases the efficiency of this method. In this study, phytoremediation efficiency of savory plant (Satureja hortensis L.) to remove lead from contaminated soil was investigated in the presence of chelates including ethylene-diamine tetra-acetic acid (EDTA) and diethylene diamine penta-acetic acid (DTPA) and organic acids including acetic acid (AA), citric acid (CA) and tartaric acid (TA) at concentrations of 0 and 10 mmol kg-1. The soil was amended with five levels of 0, 100, 200, 300 and 400 mg kg-1 lead from lead nitrate source. The experiment was conducted as factorial based on completely randomized design with three replications. The results showed that the shoot dry weight was higher in organic acids treatments than synthetic chelates, and increasing of lead concentration up to 300 and 400 mg kg-1 decreased shoot dry weight. Acetic acid significantly increased the available lead concentration in the soil and the highest amount was obtained at level of 400 mg kg-1 lead in soil. The highest plant extraction potential was observed with acetic acid at 100 mg kg-1. Organic acids showed more effective role in increasing the extraction of lead compared to the than chelates. The results of this study showed that Satureja hortensis had high ability to extract lead from soil at Pb levels of up to 200 mg kg-1. Due to the high translocation efficiency of lead from root to shoot, this plant can be used for soil remediation with application of organic acids.
    Keywords: DTPA, EDTA, Natural organic acids, Phytoremediation, Satureja hortensis
  • Abdullah Ranjbar *, Manouchehr Heidarpour, Saeid Eslamian, Mehran Shirvani Pages 17-31

    Due to pollution in nature by lead (Pb), the canola stalk (CS) and water vapor-activated biochar (BC) adsorbents were utilized to remove lead from polluted solutions in the lab. The water vapor-activated biochar adsorbent was prepared in 500-degree Celsius carbonization temperature and 700-degree Celsius activation temperature. Lead adsorption isotherm experiments were carried out in 25 degrees Celsius. Experiments were performed to determine the best adsorbent pH level and the best adsorbent dosage level. Both CS and BC adsorbents were amended with magnetic iron oxide nanoparticles (Fe3O4) at 5% (w/w), and the lead adsorption isotherm experiments were carried out using the new adsorbents. The results indicated that the water vapor-activated biochar adsorbent modified with Fe3O4 (BC-5%) is the best adsorbent for the lead pollutants removal. In this adsorbent, the maximum of adsorbed quantity was found equal to 63.62 mg g-1, the Langmuir constant was obtained equal to 0.06790 L mg-1, coefficient of determination was computed equal to 0.9798 and standard error of the estimate acquired equal to 3.219.

    Keywords: Adsorbent, Adsorption isotherm, Biochar, Lead, Nanoparticles
  • Mahdi Komasi *, Soroush Sharghi Pages 47-62

    Rainfall-runoff modeling and predicting play an essential role in water resource managing, urban planning, reservoir operating, etc. Support vector machine (SVM), as one of the new models of artificial intelligence, has high capability and flexibility in predicting hydrological data. In this research, the idea of rainfall-runoff process modeling using the hybrid model of Particle Swarm Optimization-Wavelet Transform-Support Vector Machine (PSO-WT-SVM) is proposed. There are constant parameters in the SVM algorithm that should be appropriately determined by the user, whereas a wrong choice of these parameters results in a significant reduction in the model performance. In order to solve this problem, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm is employed to find the best values of SVM constant parameters introducing the PSO-SVM hybrid model. In the next step, applying the Wavelet Transform (WT) pre-processing method on the raw data, this research aims at proposing PSO-WT-SVM hybrid model. Finally, the daily rainfall-runoff time series of the Silakhor plain located in Lorastan province are modeled and forecasted using the SVM single model, PSO-SVM, and PSO-WT-SVM hybrid models. The models' accuracy is assessed using DC and RMSE criteria. The results indicate that PSO-SVM and PSO-WT-SVM hybrid models with DC of 0.72 and 0.89, respectively, supersede the SVM single model with DC of 0.57 in the verification step for Silakhor plain rainfall-runoff time series modeling.

    Keywords: Hybrid model, particle swarm optimization, Support vector machine model, Wavelet analysis
  • Hosein Hakimi Khansar *, Ali Hosseinzadeh Dalir, Javad Parsa, Jalal Shiri Pages 63-77
    Accurate prediction of pore water pressure in the body of earth dams during construction is one of the most important factors in managing the stability of earth dams. In this study, using three different evolutionary neural network models including multilayer perceptron neural network with genetic algorithm, particle swarm optimization and Imperialist Competitive algorithm for estimating the pore water pressure in the body of Kabudwal earth dam at the time of construction, has been studied. Five features including fill level, construction time, reservoir level, impounding rate and fill speed during the 4-year statistical period were selected as the input of the hybrid model in piezometer EP19.7. The composition of the inputs was obtained using the feature selection method and the hybrid water cycle algorithm -artificial neural network. By performing hybrid algorithm and sensitivity analysis and feature selection method, fill level, construction time, reservoir level and dewatering speed were selected as the top four inputs, because the combination of these four features with MSE value of 1.1587 had the least error. In this study, artificial neural network weights are optimized to increase efficiency using the above three meta-heuristic algorithms. In general, according to statistical indicators, the results indicate acceptable accuracy of all three hybrid models. In terms of priority, the ANN-GA hybrid model with the highest accuracy and minimum error and values of , RMSE and MAE are equal to 0.9773, 0.0457 and 0.0399, respectively, is first priority and ANN-PSO and ANN-ICA hybrid models were given the next priorities, respectively.
    Keywords: Artificial neural network, Earth dam, Pore water pressure, genetic algorithm, Water cycle algorithm
  • Ouldouz Bakhshi Rad, Mohammad Sadegh Askari *, Ali Reza Vaezi, Ali Afshari Pages 79-92
    Background and Objectives

    Heavy metal pollution is one of the most important environmental problems worldwide and measuring their concentration in the soil is the first step in providing a solution to reduce their risks. However, conventional methods for estimating the amount of heavy metals in the soil are time-consuming and costly. Imagery and remote sensing techniques have shown good potential to be an alternative to the routine approaches for monitoring heavy metal pollution in soil. The aim of this study was to evaluate the efficiency of multivariate analysis methods and remote sensing technique to quantify soil contamination with zinc and lead under different land uses. Previous studies revealed the high concentrations of zinc and lead in Zanjan’ soils cause a serious concern regarding the health of humans in this province.

    Methodology

    The study was conducted between the latitude 36° 20' 48" N to 36° 47'45" N, and longitude 48° 15' 51" E to 49° 00' 55" E in Zanjan province. The average daily temperature in the study area is 15.7°C and the mean annual precipitation is 335 mm. Rangeland, agriculture, industrial and residential areas are the main land uses in Zanjan. A total of 230 soil samples were collected at depths of 0–10 cm under different land uses from an area of ​​3424 Km2 at two grids intervals of 1.5 kilometers in industrial and residential areas, and 3 kilometers in rangeland and agriculture. Before chemical analysis, soil samples were air-dried and sieved. Soil lead and zinc contents were measured using an atomic absorption spectrometry (Perkin- Elmer: AA 200). Radiometric and geomatic corrections were performed on satellite images and the “special resampling” procedure was used to resample the 20 m images to 10 m. Thirty spectral indices were determined using Sentinel 2 satellite images. These indices were reported as practical indices for remote sensing assessment of land condition. The indices included; NDVI, NDRE, MTVI, MCAR, MNLI, GNDVI, SAVI, LCI, MTCI, PSRI, CI-RedEdge, CI-Green, NLI, TVI, EVI, STAVI, GRI, LSWI, MSAVI, BI, BI2, RI, CI and seven spectral ratios. Spectral estimation models were developed and evaluated by three methods of principal component regression (PCR), partial least squares regression (PLSR) and support vector machine regression (SVMR). The samples were randomly divided into the validation set (30%) and the calibration set (70 %). Therefore, 161 samples were used for calibrating and 69 samples for validating models. Levene’s test was performed to test the variance homogeneity between calibration and validation sets. The accuracy of models was evaluated using the coefficient of determination (R2), root mean square error of prediction (RMSEP) and the ratio of predicted deviation (RPD). Martens’ uncertainty test was used to identify important wavelengths for zinc and lead estimations.

    Findings

    The range of lead in the studied soils was 40 to 364 mg kg-1 and the range of zinc was 96 to 824 mg kg-1. The accuracy of spectral models was categorised into excellent (RPD ≥ 2.5 and R2 ≥ 0.8), good (2 ≤ RPD < 2.5 and R2 ≥ 0.7), moderate (1.5 ≤ RPD < 2 and R2 ≥ 0.6) and poor accuracy (RPD < 1.5 and R2 < 0.6) based on the soil spectral accuracy classification, that is presented by Askari et al., (2015 and 2019). The highest concentration of metals was observed in industrial and residential land uses. The SVMR model (RPD≥2.6 and R2≥0.84, RMSE≤ 40), had a better spectral estimation for both lead and zinc than the PLSR model (RPD≥ 1.9 and R2≥  0.7, RMSE≤ 53) and the PCR model  (RPD≥1.3 and R≥ 0.45, RMSE≤ 75). Red-edge and infrared range were identified as the most effective wavelength ranges for monitoring the contamination of lead and zinc in soil. Brightness and modified triangular vegetation index were the most effective indicators for spectral estimation of lead and zinc in the studied soils. The SVMR model showed high accuracy and the PLSR model showed acceptable accuracy for evaluating and monitoring lead and zinc contamination using Sentinel 2 images. Comparing the predicted and measured values of heavy metals with a 1:1 line showed an overestimation for low values of lead and zinc, and an underestimation for high values of lead and zinc.

    Conclusion

    This study revealed that the method of multivariate analysis and remote sensing data could provide a practical approach for rapid and quantitative assessment of soil heavy metal pollution in Zanjan province and areas with similar soil conditions. An accurate prediction of heavy metal pollution can be acquired using freely available Sentinel-2 multispectral imagery system.

    Keywords: Heavy metals, Sentinel 2, Soil pollution, Spectral index, Spectral prediction models
  • Roghayeh Vahedi *, Mirhassan Rasouli-Sadaghiani Pages 93-106
    In arid and semiarid regions of Iran, most of soils are calcareous and low in organic matter, therefore are deficient in micronutrients. This research was aimed to evaluate the bioavailability of selected micronutrients as affected by biochar and compost of trees pruning in the presence of PGPR in wheat rhizosphere. In a rhizobox study, an experiment carried out in a completely randomized design under greenhouse conditions. The factors including the organic sourses (pruning waste biochar, pruning waste compost and control), microbial inoculation (with and without PGPR). At the end of the growth period, organic matter (OM) cotent and bioavailability of micronutrients including iron (Fe), zinc (Zn), copper (Cu) and manganese (Mn) in the rhizosphere soil and their uptake by wheat plant were determined. The results indicated that OM, Fe, Zn, Mn and Cu were significantly increased in rhizosphere soil under the influence of organic sources and PGPR inoculation. Addition of biochar under inoculation conditions resulted in 84.6% and 17.9% increase in rhizosphere Fe and Mn, respectively, compared to the non-inoculated treatment. The presence of PGPR increased the bioavailability of Zn and Cu by 52.2% and 34.9%, respectively, in compost treatment compared to the non-inoculated ones. Application of organic sources and bacterial inoculation increased the micronutrient uptake by plant.
    Keywords: Bacteria, Micronutrient elements, Organic materials, Pyrolysis, Rhizobox
  • Masoud Mohammadi *, Kamran Davary, Hadi Dehghan Pages 94-107

    Irrigation plays an important role in increasing crop yield especially in arid and semi-arid regions, where optimizing irrigation depth and leaching is crucial. Using simulation models such as AquaCrop help to analyze different irrigation scenarios and also help farmers to optimize water resources management in such conditions. In this study, calibrated and validated AquaCrop model was used for two wheat varieties in Birjand region and one wheat variety in Mashhad region. A Matlab program has been developed to link to the AquaCrop in order to achieve the optimized values of irrigation and leaching in the water constraint conditions. The optimization results showed that net profit for the best irrigation and leaching management at all salinity levels and different wheat varieties, except for salinity levels of 8.6 and 10 dS m-1 in the Mashhad variety and level of 9.6 dS m-1 in the Roshan variety, was more than the current management researches of Shahidi and Haghverdi. While the aim is to achieve maximum profit and minimal drainage water, the model by changing the type of irrigation management and reduce leaching, especially in the last two irrigations only, reduced the amount of water consumed and the amount of drainage water to zero. The results also showed the reduction of gross irrigation water in the salinity levels more than tolerance threshold of wheat was less than the other salinity levels and the difference was completely negligible. Because in high salinity levels, yield reduction in deficit irrigation was more in comparison with low salinity levels, therefore deficit irrigation in salinity levels of more than the wheat tolerance threshold is not economic. Generally, the optimization results showed that in the area of Birjand and Mashhad, using the best irrigation and leaching management at different salinity levels can increase the benefit of wheat cultivation.

    Keywords: AquaCrop Model, Iirrigation management, Birjand, Matlab, Wheat
  • Javad Hosseinzad *, Ameneh Sarbaz Pages 109-127

    Energy input is one of the main factors of extracting water from groundwater resources. Therefore, pricing policies related to energy carriers affect the cost of water extraction and it also affects the amount of water extraction. In the past years, one of the reasons that has put more pressure on groundwater resources is the inappropriate subsidy policies for energy carrier prices. Given the close relationship between energy carriers prices and the costs of groundwater extraction, in the present study, it was tried to investigate the effect of energy carriers' subsidies decreasing on the amount of groundwater consumption, cropping patterns and agricultural income using the dynamic programming model in Shabestar plain. This plain is one of the critical areas in terms of groundwater resources in Iran. The results showed that decreasing energy carriers' subsidies caused extraction reduction of water from groundwater resources. For example, a 25 and 50 percent reduction in energy carrier subsidies would reduce groundwater extraction by about 4.5 and 6.5 million cubic meters per year, respectively. Also, areas under cultivation of some high water using and low-income products decrease and cropping patterns change toward more high-income products such as onions, apples and walnuts. The results indicated that adopting appropriate energy carrier subsidy policies could be useful for improving groundwater extraction conditions.

    Keywords: Dynamic programming model, Energy carriers' subsidies, extraction, Groundwater
  • Negar Rasouli Majd, Majid Montaseri *, Babak Amirataee Pages 129-143
    In this study, a comprehensive evaluation of the effect of cross-correlation coefficient between precipitation and evapotranspiration on the performance of SPEI in forecasting the long-term behavior of agricultural drought characteristics in 39 synoptic stations located in different climates and altitudes throughout Iran has been performed, and its performance has been compared with SPI. For this purpose, stochastic precipitation and evapotranspiration time series (10,000 pairs) were generated using the Lag-one Autoregressive Multiple-Site Model (Multi-AR(1)) for a wide range of correlation coefficients of the above two variables and then used to monitor and determine different drought characteristics. The results of this study showed the systematic and dependent behavior of different characteristics of drought with cross-correlation between precipitation and evapotranspiration. So that, the performance of the two SPEI and SPI indices was nonlinearly close to each other (R=0.85) by increasing the cross-correlation between the two variables (|R|⇒1), and for cross-correlation of zero, the maximum difference between the drought characteristics was obtained for the two indices. Finally, the results of this study have been used as a comprehensive guide in the accurate and realistic inference of drought events and characteristics and can be an effective aid in interpreting drought outcomes with the SPEI index.
    Keywords: cross-correlation, Data generation models, Drought characteristics, monte carlo simulation, SPI, SPEI
  • Zahra Alami Heidaranloo, Hossein Rezaei *, Keivan Khalili Pages 145-159

    Water crisis in the Middle East has made water security the main issue in national security. Water security is a vital element in supply of energy security and food security. Water security is one of the concepts that examines the situation of countries and watersheds in terms of access to water resources, and has emerged in response to the challenging nature of the global water crisis. Various hydrological, structural, institutional, political, social, economic and environmental factors are involved in water security. The present study is an attempt in investigation on the hydrological factors affecting the water security of the western sub-basin Lake Urmia. For this purpose, water availability, water use intensity, monthly runoff variability and portion of irrigated land to cultivated land as the selected indicators in assessing the water resource and consumption security in the western sub-basin of Lake Urmia by study areas Salmas, Urmia, Naqadeh, Oshnavieh, Mahabad and Bukan in the 5-year time period including 2006 and 2011. The results showed that the water resource and consumption security in the western parts of the Urmia Lake basin have relatively similar conditions and included in the weak and middle class. The score of water resource and consumption security for the whole western sub-basin of Lake Urmia for the years 2006 and 2011 is equal to 0.4 (medium) and 0.32 (weak), respectively. This is due to the reduction of total renewable water resources per capita and increasing the water use intensity in the western sub-basin of Lake Urmia, which requires a review in managing water consumption in different sectors.

    Background an Objectives

    Rapid population growth and the expansion of urbanization in large parts of the world have increased the need for various facilities and resources, of which water is undoubtedly the most important or one of the most important. This need, which is associated with the heterogeneous distribution of water resources and rainfall in the world, has caused numerous tensions in the field of water supply. It has also made the issue of "water security" an emerging challenge in the field of national and international security. Water security is one of the concepts that examines the situation of countries and watersheds in terms of access to water resources, and has emerged in response to the challenging nature of the global water crisis. Various hydrological, structural, institutional, political, social, economic and environmental factors are involved in water security. The present study wants to investigate the hydrological factors affecting water security in the western sub-basin of Lake Urmia and to provide an overview of the state of water resources and consumption security in the study areas.

    Methodology

    One of the most common methods used to assess water security is the use of indicators so that they can express large amounts of complex information in a simple and understandable way. The method of assessing the status of water security using indicators is a new method that is proposed to countries to assess the current state of their water security in this way. In the present study, the state of water resources and consumption security in the western sub-basin of Lake Urmia (by study areas of Salmas, Urmia, Naqadeh, Oshnavieh, Mahabad and Bukan) in 5-year periods including 2006 and 2011 have been investigated. For this purpose, water availability, water use intensity, monthly runoff variability and Portion of irrigated land to cultivated land are considered as selected indicators in evaluating water security in terms of water resources and consumption. Due to the unit differences of the indicators, in order to facilitate the interpretation of the water security situation, the indicators are normalized in the range of 0 to 1 and based on the threshold / reference values. Then, using the weighted average method, the score of water resources and consumption security is calculated for each of the studied areas. At the end, based on the water resources and consumption security score, all areas are classified as "very poor", "poor", "average", "good" and "very good".

    Findings

    The results of the study showed that the water resource and consumption security situation in the western parts of the Urmia Lake basin has relatively similar conditions and is in the middle and poor class. None of the study areas in the western sub-basin of Lake Urmia have very high or even high water security. The score of water resource and consumption security for the whole western sub-basin of Lake Urmia for the years 2006 and 2011 is equal to 0.4 (medium) and 0.32 (weak), respectively. The best water security situation is in Bukan area and the worst situation is in Naqadeh area. The decreased water resource and consumption security over time periods has been due to the reduction access to water and increasing the Water use intensity in the western sub-basin of Lake Urmia, which requires a review in managing water consumption management in different sectors.

    Conclusion

    According to the results of the study, it can be stated, the trend of water security changes in the western sub-basin of Lake Urmia is decreasing and the root of water insecurity is different in each of the studied areas. This indicates the high need of the basin to make economic and infrastructure investments and increase the institutional capacity of the basin to manage and plan water resources, which shows the need for attention of planners and officials in the water sector.

    Keywords: Urmia Lake basin, Water availability, Water resource, consumption security, Water use intensity
  • Seyed Mohammad Tajbakhsh Fakhrabadi *, Javad Momeny Pages 161-179
    Background and ObjectivesIn

     order to study the spatial patterns and prepare spatial distribution maps, point data are generalized to the surface by moving away from the site in the interpolation process. The values ​​of indefinite points are estimated by using the measured values at definite points. There are different methods for spatial data interpolation and any major defect in the spatial distribution of climatic factors and slight inattention to the appropriate method of interpolation method can lead to errors in the design estimates. So far, many researches have been done in the field of climate data interpolation in the world. The aim of this paper is determining the most appropriate method of rainfall extension pattern and fitting the best distribution function to the annual average rainfall data. In addition to the performances of different interpolation methods, the choice of the optimal model for zoning rainfall amounts in different time periods is the goal of paper.

    Methodology

    Iran is located in West Asia and borders the Caspian Sea, Persian Gulf, and Oman. With an area of 1,648,000 square kilometers (636,000 sq. mi), Iran ranks seventeenth in size among the countries of the world. The study area is located between 32° 25' 14.67" N and 53° 40' 58.86" E. Iran has a variable and continental climate in which most of the relatively scant annual precipitation falls from October through April. The average elevation of this plateau is about 900 meters (2,953 ft.), but several of the mountains that tower over the plateau exceed 3,000 meters (9,843 ft.). Volcanic Mount Damavand, 5,610 meters (18,406 ft.), located in the center of the Alborz, is not only the country's highest peak but also the highest mountain on the Eurasian landmass west of the Hindu Kush .The monthly precipitation data from 79 synoptic stations with at least 30 years during the period from 1988 to 2017 were used. Very severe drought years and SPI values identified in the intervals of 3, 5 and 8 months until the end of May were extracted from monthly rainfall data in each year and in three ten-year steps. In order to determine the distribution of rainfall in 10-year time periods in the lack of data points, the indices of mean absolute value of relative error (MARE), mean bias error (MBE), mean absolute percent error (MAPE) and the root mean squared error (RMSE) has been used.

    Findings

    In general, using the above errors in the quarterly, five-month and eight-month periods between definitive interpolation methods, radial basis functions (RBF) and local polynomial interpolation (LPI) compared to the other two methods (IDW, GPI) has provided proper results that is consistent with the results of Misaghi (2006) and Eivazy (2012). Regarding the method of radial functions, the quadratic interpolation method had the lowest correlation for all variables except rainfall with a period of 3 months. Kriging methods have given better results compared to IDW method, which is consistent with the results of Soleimani et al. (2004) and Zabihi et al. (2011). The methods of kriging, simple kriging method (second-order logic) in the interpolation parameters of mean rainfall, (3 and 5 months), simple kriging method (exponential) in the interpolation variables precipitation with a period of 8 months were the best methods. Therefore, kriging method has presented relatively more accurate results, which is consistent with the results of Mirmousavi et al. (2010).

    Conclusion

    The results showed that the most droughts occurred in the second decade of the third decade, the trend is still less severe drought is occurring and the lowest is in the first decade. In order to study the effect of SOI and NAO on drought and wet years in the country, the correlation matrix was determined to investigate the drought and wet periods. Then, geostatistical modelings were performed to describe these effects. Finally, based on the study of stations and zoning models, it can be stated that the Lanina phenomenon has a little effect on drought and annual rainfall and the El Nino phenomenon has a relatively greater effect. The results show that GPI and IDW methods are not considered as good performance. These methods are based on the fit of polynomial functions on spatial data. According to the results obtained in every area and for different parameters, a single method cannot be selected as the most appropriate method and the most appropriate method can be selected. Based on the results, the most appropriate choice depends on the characteristics of the regions and a single method cannot be selected for all regions. The results show that GPI and IDW methods are not suitable and modeling in these two methods is based on fitting polynomial functions to spatial data. RBF and LPI methods have provided better output rather than other methods because the results of the 3 and 5 month periods were above 62% and the 8 months were above 72%.

    Keywords: Climatic phenomena, Drought, Geostatistical, Watershed, Zonation
  • Ali Lotfollahi, Sahebali Bolandnazar, Nasser Aliasgharzad, Bahman Khoshru * Pages 181-187
    Background and Objective

    In recent decades, agricultural production has relied heavily on the use of chemical inputs, which has led to major environmental problems. The use of chemical fertilizers and pesticides has led to the destruction of water and soil resources, reducing the population and diversity of soil microbes, water and air pollution, increasing the resistance of pests and pathogenes to various chemical pesticides, etc. One of the solutions to this problem is to use the principles of sustainable agriculture. Sustainable agriculture is an integrated system based on ecological principles and in this system, plant residues, animal manures, organic and bio-fertilizers are used instead of chemical compounds such as fertilizers and pesticides. In addition to supplying nutrients in the soil, it leads to weed and pest controlling and increases the microbe’s biodiversity in soil. Useful soil microorganisms such as mycorrhizal and endophytic fungi play an important role in the nutrients cycling, especially phosphorus and some other trace elements in ecosystems and plant protection against environmental and agricultural stresses. The fungal hyphae often extend into the portion of the soil that is not penetrated by roots or root hairs, and led to increase the absorption of water and nutrients for the plant. Endophyte fungus Piriformospora indica also has a wide range of host plants by colonizing their roots and stimulates the growth of its host plants and increases their yield. The use of these fungi in nutrient-poor soils increases the growth and yield of agricultural products along with reducing the use of chemical fertilizers and pesticides. Coriander (Coriandrum sativum L.) is an annual herb of the Apiaceae or Umbelliferae families, native to the Mediterranean region that has been cultivated since human antiquity. In addition to its oral application, this plant also has healing properties and is also considered as a medicinal plant. Coriander consumption is recommended in the treatment of various infectious diseases such as typhoid fever and various diseases in general. The shoots of this plant contain essential oils and active ingredients, and decanol is the main components of its essential oil. Whereas global approaches to the production of medicinal plants are aimed at improving the quantity and quality of the active ingredient of medicinal plants, healthy nutrition of these plants through eco-friendly approaches such as the use of biological fertilizers, is the most consistent with the goals of sustainable agriculture and leads to improved quantitative and qualitative yield of these plants. Accordingly, the study of the effect of beneficial soil fungi (mycorrhizal and endophytic) on vegetables such as coriander due to their high consumption by humans seems necessary. Therefore, in this study the effect of inoculation of two species of arbuscular mycorrhizal fungi (Diversispora versiformis ‌ and Rhizophagus irregularis) and one species of endophytic fungus (Piriformospora indica) individually and/or in combinations on the chemical composition and production of coriander essential oil was investigated.

    Methodology

    The treatments were included single fungus inoculation (RI: R. irregularis, DV: D. versiformis, PI: P. indica), integrated fungal inoculations (PI+DV, PI+RI, RI+DV and PI+RI+DV), positive control treatment (with urea fertilizer and triple superphosphate, without fungus), and the negative control (no chemical fertilizer, no fungus). The experiment was conducted in a completely randomized design with four replications in greenhouse conditions. Fresh and dry weight of roots and shoots, percentage of root colonization, leaf phenol, antioxidant compounds, carotenoids, total chlorophyll and essential oil were measured in coriander plant.

    Findings

    The results showed that the effect of all three fungal species (mycorrhiza and endophyte) both separately and in combination on the measured parameters was significant (p <0.01). Combined treatment of three fungi (PI + RI + DV) showed the highest yield in fresh and dry weight of shoot part by 8.62% and 17.94%, respectively. In the case of fresh and dry weight of root part, DV treatment had the best performance by 22.66% and 48.04%, respectively. The root colonization increase (91.75%) in PI + RI, phenol (72.5%) in RI + DV, antioxidant componds (11.81%), total chlorophyll (7.81%) and carotenoids (5.87%) in PI, and essential oil yield (107.2%) in PI + DV were recorded. All increases reported above are in comparison with negative control treatment.

    Conclusion

    According to the results of this study, in order to achieve higher yield in coriander, it is better to use single treatments of mycorrhizal fungi. Also, based on the results of this experiment, to enhance the performance of mycorrhizal fungi to improve the growth and development of coriander, especially to improve the yield of essential oil, it is better to use a combination of mycorrhizal fungi and endophyte. It should be noted that the results of this experiment were obtained in greenhouse conditions and to finally confirm the effectiveness of the fungi used in this experiment, therefore further studies should be performed at the field conditions along with measuring more traits to provide clearer and applied results.

    Keywords: Antioxidant capacity, Carotenoids, Chlorophyll Index, Colonization, secondary metabolites
  • Bita Moravejalahkami *, Jalal Modiry-Yazdy Pages 189-201
    Due to decreasing water resources and increasing irrigation interval in gardens, implementation of modern irrigation systems such as under-pressure irrigation is necessary. But the main concern is the effects of changing traditional irrigation systems to under-pressure irrigation systems from the point of view of supplying water needs of old trees and temporal variations of soil characteristics. In this study, two methods of subsurface-flood irrigation and surface-drip irrigation were implemented in Yazd Agricultural and Natural Resources Research and Education Center. The soil water content was monitored during the experimental period (18 May 2019 to 10 January 2020) by installing TDR probes in three soil depths of 15, 30 and 60 cm for each irrigation method with three replications. The results showed that soil water content at the soil depths of 15 cm and 30 cm were higher for surface-drip irrigation as compared to the subsurface-flood irrigation at the end of the irrigation interval. Two days after irrigation, the effects of subsurface-flood irrigation on soil moisture distribution became apparent at the deep layers of the soil, such a way that soil water content at the soil depth of 60 cm was higher for subsurface-flood than surface-drip irrigation. The measuring of the soil water content at the soil depth of 60 cm in subsurface-flood irrigation showed that the irrigation interval could be increased about 9 days as compared to the surface- drip irrigation. However, because of applying water below the soil surface for the subsurface- flood irrigation, the salinity increment occurred at surface soil.
    Keywords: Drip Irrigation, Evaporation, Flood irrigation, Soil Salinity, Subsurface irrigation
  • Mohammad Navid Farahza, Bijan Nazari * Pages 203-217
    Background and Objectives

     Education is the main basis for the growth of the individual and society and plays an important role in the sustainable development of a country. Education in the agricultural sector plays an important role in human resources supply. Numerous studies have been conducted to achieve educational solutions around the world. In Nigeria, educational videos were used to educate farmers in the form of animation, and the results of this study showed that knowledge transfer through information and communication technologies has a positive and significant effect (Mirgohar and Movahed Mohammadi 2008). Inside the country, research conducted in Ramshir has shown that participation in training and extension courses has a significant effect on increasing the level of professional knowledge of farmers and farmers' professional knowledge is directly related to age and agricultural work experience (Zare and Zolali 2015). Review of studies confirms the effectiveness of farmers' educational services and shows that there is always a need for education to properly use land and water resources. In this study, farmers' learning and educational resources were first identified. Then, the utilization status of these resources has been evaluated and analyzed separately for irrigation systems (surface and presssurized) and its relationship with the variables of age, level of education and background of using the irrigation system, by statistical tests.

    Methodology

    The study area is located in the central latitude and longitude of Qazvin province between 48 degrees and 44 minutes to 50 degrees and 51 minutes east of the Greenwich meridian and 35 degrees and 24 minutes to 36 degrees and 48 minutes north latitude relative to the equator. The total area under cultivation of crops and horticulture in Qazvin province was on average 334.764 thousand hectares, of which about 2323.439 thousand hectares (equivalent to 66.5%) irrigated and about 1112.325 thousand hectares (equivalent to 33.5%) has been rainfed (Anonymous 2019a, Anonymous 2019b). The research method was the Delphi technique and the survey tool was a questionnaire. The score of learning status of learning and educational resources was calculated using the mean index. Kolmogorov and Smirnov tests were used to check the normality of the data. To compare the score of each item with the average Likert scale (3), a one-sample t-test (parametric test) and one-sample sign test (non-parametric) were used. To compare the three perspectives of farmers, experts, and trainers, Kruskal-Wallis (non-parametric) and Mann-Whitney (non-parametric) tests were used. Moreover, Pearson (parametric) and Spearman (non-parametric) tests were used to assess the correlation between the use of learning and educational resources with the variables of age, level of education and background of using the irrigation system.

    Findings

    Evaluations showed that the utilization status of learning and educational resources from three perspectives of "farmers", "experts" and "trainers" has a score of 1.73±1.08, 2.47±0.94, and 1.99±0.79, respectively (out of a total score of 5) for crop farmers with surface irrigation system, 1.98±1.05, 2.52±0.84 and 2.39±0.95 (out of a total score of 5) for crop farmers with pressurized irrigation system, 2.19±1.08, 2.28±0.87 and 2.12±0.96 (out of a total score of 5) for gardeners with surface irrigation system and 2.55±0.92, 2.38±0.88 and 2.37±1.21 (out of a total score of 5) for gardeners with pressurized irrigation system. The results of correlation tests also showed that there was no significant effect on the use of the learning and educational resources of farmers in any of the groups. Background of using the irrigation system only in the group of farmers with a pressurized irrigation system had a positive and significant relationship and the level of education in all groups had a positive and significant effect. The highest use of learning and educational resources based on the three views expressed in the items "experience gained over time" and "benefiting from the experience of other farmers (leading farmers)" versus the lowest use of items related to "computer software and internet by computer", "mobile programs and mobile internet", "brochures, magazines and educational videos", "radio programs" and "attending classes and workshops".

    Conclusion

    The results of this research showed that farmers have basic knowledge about information and communication technology and are not fully aware of it and participate less in training classes. Also, in general, the utilization status of learning and educational resources from the three perspectives expressed is in the middle to low state. These results showed capacity building and change in content and how to use learning resources and education is necessary according to the conditions, interests, and motivational contexts of farmers. It is also suggested that to provide sustainable education, the provision of support and monitoring services should be considered on an ongoing basis alongside training programs.

    Keywords: Delphi, Education, Pressurized irrigation, Surface irrigation, Trainers
  • Hadi Ansari, Safar Marofi * Pages 219-232
    Accurate determination of the amount of incoming solar radiation at Earth’s surface is important for both climate studies and solar power applications. Satellite-based datasets of solar radiation offer wide spatial and temporal coverage, but careful validation of their quality is a necessary prerequisite for reliable utilization. In this study, daily SARAH satellite data was used to estimate daily solar radiation at weather stations in northwest Iran in 2009 and 2010. According to the results, SARAH radiation data had a high accuracy in estimating solar radiation at all five stations. At the Tabriz station, the error of estimation of radiation was less than that of other stations. According to GSD evaluation criteria, in each station, the estimation error in summer and winter was the lowest (GSD = 6.2 - 12.5) and the highest (GSD = 18.2-25.2) respectively. The results showed that factors such as topography and snow cover affect the accuracy of SARAH radiation data estimation.
    Keywords: northwestern Iran, SARAH, snow cover, Solar radiation, Topography