فهرست مطالب

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و سوم شماره 10 (پیاپی 82، دی 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/11
  • تعداد عناوین: 15
|
  • جمال محمدی معله زاده، سعید حمزه*، عبدعلی ناصری صفحات 2209-2223

    رطوبت خاک یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات منابع آب و برنامه ‏ریزی آبیاری می‏باشد. اندازه ‏گیری رطوبت خاک در مقیاس کلان کاری بسیار زمان‏بر و پر هزینه است. روش‏های سنتی اندازه‏گیری رطوبت خاک در سطح مزرعه نمی‏توانند تغییرات مکانی رطوبت را به بهترین صورت نشان دهند. روش ‏های نوین مختلفی در خصوص استفاده از داده ‏های ماهواره‏ای جهت مدل‏سازی رطوبت خاک مبتنی بر تصاویر حرارتی توسعه داده شده‏ اند. این پژوهش در سال 1399 با هدف بررسی توانایی تصاویر ماهواره‏ای حرارتی در برآورد رطوبت خاک و برنامه‏ ریزی آبیاری اراضی کشت و صنعت نیشکر امیرکبیر واقع در جنوب استان خوزستان انجام شد. به ‏همین‏ منظور در فصل داشت نیشکر درصد رطوبت خاک برای 9 گذر ماهواره لندست 8 محاسبه شد و با استفاده از تعداد 180 نقطه کنترل زمینی مورد ارزیابی قرار گرفت، همچنین به منظور بررسی ارتباط رطوبت خاک با زمان آبیاری مزارع، اطلاعات روزانه آبیاری 32 مزرعه طی دوره مورد مطالعه ثبت شده بود استفاده گردید. نتایج بدست آمده نشان داد، دقت مدل در برآورد رطوبت خاک با مقادیر اندازه ‏گیری شده در سطح مزرعه مناسب است. به‏ طوری‏که جذر میانگین مربعات خطا نرمال شده (NRMSE) برابر 9/12 درصد و ضریب تبیین (R²) برابر 82/0 حاصل شد. همچنین نتایج رطوبت خاک در مدیریت آبیاری مزارع نیشکر نشان داد، این مدل به‏دلیل استفاده از باند حرارتی به عوامل محیطی از جمله درصد رطوبت نسبی هوا، دمای هوا و آفت موثر است. به ‏طوری‏که (NRMSE) با تنش رطوبتی خاک برابر 32/24‏%، زمان آبیاری برابر 20/22‏%، رطوبت متوسط برابر 7/11‏%، رطوبت بالا برابر 20/13‏% و در حال آبیاری برابر 86/8‏% بدست آمد. در نتیجه، دقت مدل ذوزنقه حرارتی جهت برنامه ‏ریزی آبیاری مزارع در برآورد تنش رطوبتی خاک و زمان آبیاری مزرعه در برخی از دوره های فصل رشد نیشکر متوسط است و برآورد مزارعی که دارای رطوبت مناسب (در حد ظرفیت زراعی)، رطوبت بالا (اشباع) و در حال آبیاری، دقت مناسب می‏باشد.

    کلیدواژگان: برنامه ‏ریزی آبیاری، ذوزنقه حرارتی، رطوبت خاک، سنجش از دور، نیشکر
  • آریا وزیرزاده*، ساسان کفایی صفحات 2225-2245
    تالا ب بین المللی بختگان و طشک یکی از بزرگترین سایت های تالابی ایران است که در سال های اخیر خشک شده است. این تحقیق با هدف برآورد نیاز آبی اکولوژیک تالاب بختگان انجام شد. بدین منظور ابتدا تغییرات درازمدت داده های پایه شامل بارش در ایستگاه های منتخب، شاخص خشکسالی و تغییرات آورد رودخانه های کر و سیوند بعنوان منابع اصلی تغذیه تالاب های بختگان و طشک آنالیز شد. برای برآورد نیاز آبی اکولوژیک ابتدا تغییرات مساحت تالاب در درازمدت بررسی شد. همچنین تغییرات گونه ی فلامینگو بعنوان گونه شاخص تالاب هم راستا با تغییرات تالاب بررسی شد. میزان حقابه ی اکولوژیک مورد نیاز برای حفظ کارکردهای اکولوژیک تالاب های بختگان و طشک از رودخانه کر-سیوند در محل ورود به تالاب در شرایط خشکسالی، نرمال و ترسالیبه ترتیب 700 میلیون متر مکعب، 826 میلیون متر مکعب و 1037 میلیون مترمکعب برآورد گردید. بهترین زمان رهاسازی حقابه تالاب از منابع آبی بالادست به ترتیب اولویت، ماه های بهمن، اسفند و فروردین پیشنهاد می گردد. مهمترین عوامل موثر در خشکیدگی تالاب ها، افزایش سطح زیرکشت بالادست حوضه در اثر افزایش بیش از اندازه ی جمعیت حوضه، ، مدیریت ناصحیح و ناپایدار منابع آبی، احداث سدهای جدید در بالادست حوضه، کاهش بارندگی و افزایش شدت خشکسالی در دو دهه ی اخیر در منطقه بوده است.
    کلیدواژگان: تالاب بختگان، طشک، اقلیم، نیاز آبی اکولوژیک
  • محمد میرزایی حیدری*، زهرا بابایی صفحات 2247-2259
    در حال حاضر باکتری های افزاینده رشد گیاه به عنوان گزینه ای برای افزایش کارآیی کودهای شیمیایی، به منظور افزایش حاصلخیزی خاک در تولید محصولات در کشاورزی پایدار مطرح شده اند. به منظور بررسی تاثیر تلقیح و کارایی باکتری های محرک رشد گیاه بر خصوصیات رشدی، دسترسی به عناصر غذایی، رشد و عملکرد گندم پاییزه مهدوی و سطوح مختلف کود فسفاته، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار در شرایط مزرعه ای اجرا شد. فاکتورهای آزمایش شامل پنج سطح کود فسفره (P) شامل عدم مصرف، 25، 50،  75 و 100 کیلوگرم در هکتار کود فسفاته براساس آنالیز خاک و تلقیح خاک با باکتری در چهار سطح عدم تلقیح خاک (I0)، تلقیح خاک با ازتوباکتر (I1)، تلقیح خاک با سودوموناس (I2)، تلقیح خاک با ازتوباکتر و سودوموناس (I3)  بود. نتایج حاصل از تجزیه واریانس صفات ارتفاع گیاه، طول ریشه و درصد جوانه زنی بذرهای گندم نشان دادند که بین سطوح مختلف کود فسفاته، نوع باکتری تلقیح شده و اثر متقابل آن ها در کلیه این صفات به جز درصد جوانه زنی اختلاف آماری معنی دار وجود داشت. در این پژوهش تیمار 100 درصد نیاز کود فسفره همراه تلقیح خاک با  ازتوباکتر و سودوموناس بالاترین تاثیر را در افزایش پارامترهای فسفر خاک (41%)، رشد و ارتفاع (28%)، عملکرد دانه (27%)، اجزای عملکرد (31% وزن دانه) و فسفردانه (38%) گندم نشان داد. افزایش در وزن کل گیاه به وسیله ریزوباکترها به واسطه افزایش در جذب عناصر غذایی و در نتیجه رشد بهتر گیاه می باشد که می-تواند موجب شاخص برداشت بالاتری گردد.
    کلیدواژگان: ازتوباکتر، تلقیح خاک، سودوموناس، کود زیستی و کود شیمیایی
  • نسیم صحرایی، احمد لندی، سعید حجتی* صفحات 2261-2276
    مطالعه حاضر با هدف ارزیابی و مقایسه کارایی مدل های ماشین بردار پشتیبان (SVM) و جنگل تصادفی (RF) با استفاده از رویکرد نقشه برداری رقومی خاک (DSM) برای پیش بینی اجزا بافت خاک در بخشی از اراضی استان خوزستان انجام شد. در بهمن سال 1399، به منظور تعیین بافت خاک، 200 نمونه از خاک سطحی (عمق 10-0 سانتی متری) به صورت تصادفی طبقه بندی شده جمع آوری شدند. متغیرهای کمکی شامل مشتقات اولیه و ثانویه مدل رقومی ارتفاع (DEM) شامل (شیب، جهت شیب، شاخص شبکه آبراهه ای و...) و شاخص های طیفی و گیاهی سنجش از دور (RS) بودند که انتخاب دسته مناسب از آنها با استفاده از روش تجزیه مولفه های اصلی (PCA) انجام گرفت. بر اساس روش PCA، نه متغیر توپوگرافی از DEM و هشت شاخص پوشش گیاهی از RS برای پیش بینی اجزا بافت خاک (شن، سیلت و رس) انتخاب گردیدند. کارایی مدل ها با استفاده از آماره های ضریب تبیین (R2) و ریشه ی میانگین مربعات خطا (RMSE) مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد مدل جنگل تصادفی از دقت بالاتر و خطا کمتری نسبت به مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) برخوردار است، به طوری که میزان R2 در این مدل برای شن 80/0، سیلت 81/0 و رس 78/0 و ریشه ی میانگین مربعات خطا (RMSE) در پیش بینی این ذرات به ترتیب 02/6، 89/5 و 02/6 بود. این درحالی است که R2 و RMSE در مدل ماشین بردار پشتیبان به ترتیب برای شن 39/0 و 70/13، سیلت 45/0 و 70/10 و رس46/0 و 32/9 بود. همچنین اهمیت نسبی متغیرهای استفاد شده در پیش بینی اجزای بافت خاک نشان داد شاخص شوری، شاخص روشنایی و شبکه آبراهه ای به همراه باند 6 ماهواره لندست 8 مهم ترین متغیرهای محیطی پیش بینی کننده ذرات رس، سیلت و ماسه بودند. بنابراین پیشنهاد می شود از مدل جنگل تصادفی به عنوان روشی مفید و قابل اعتماد در تهیه نقشه های رقومی بافت خاک در منطقه مورد مطالعه استفاده شود.
    کلیدواژگان: مدل سازی مکانی، سنجش از دور، ماشین بردار پشتیبان، جنگل تصادفی
  • محمد انصاری قوجقار* صفحات 2277-2294

    گندم به عنوان اصلی ترین غذای مردم در کشور از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گندم نه تنها یک کالای مهم کشاورزی-اقتصادی در دنیا محسوب می شود، بلکه به عنوان اهرمی قدرتمند در مناسبات سیاسی و جهانی شناخته می شود. از این رو تحلیل و پیش بینی وضعیت تولید این محصول در کشور همواره مورد توجه بوده است. هدف از این پژوهش پیش بینی مقدار عملکرد گندم (X) با استفاده از فرامدل های هوش مصنوعی در مقیاس زمانی سالانه در استان البرز است. بدین منظور، با استفاده از داده های سطح زیر کشت و تولید سالانه، عملکرد گندم در شش شهرستان نظر آباد، ساوجبلاغ، کرج، اشتهارد، فردیس و طالقان با طول دوره آماری 40 ساله (2020-1981) بررسی شد. پس از محاسبه مقدار عملکرد (تن در هکتار) و تشکیل سری زمانی سالانه، با استفاده از چهار روش هوش مصنوعی شامل الگوریتم بهترین همسایگی (KNN)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، برنامه-ریزی بیان ژن (GEP) و شبکه بیزین (BN) عملکرد گندم در سال بعد پیش بینی شد. نتایج حاکی از افزایش دقت پیش بینی ها در سال های با تولید بیشتر بود؛ به نحوی که بر اساس نتایج حاصل از مدل BN، GEP، SVM و KNN ضریب همبستگی بین مقادیر عملکرد گندم مشاهده شده و پیش بینی شده برای شهرستان کرج به ترتیب 84/0، 89/0، 91/0 و 92/0 به دست آمد. با این توضیح که شهرستان های کرج و طالقان به ترتیب بیشترین و کمترین تولید گندم را در بین این شهرستان ها دارند. نتایج نشان داد روش KNN نسبت به سایر روش ها، بهترین دقت را داشت و معیارهای ارزیابی R، RMSE و MAE آن به ترتیب از 84/0 تا 92/0، 21/0 تا 24/ 0 تن در هکتار و 11/0 تا 18/0 متغیر بود. در مجموع با مقایسه روش های استفاده شده، روش KNN، بیشترین و روش BN کمترین دقت را برای پیش بینی مقدار عملکرد گندم در استان البرز داشتند. نتایج این مطالعه می تواند در تامین و مدیریت امنیت غذایی در مناطق تحت مطالعه بسیار مفید واقع شود.

    کلیدواژگان: امنیت غذایی، پیش بینی، عملکرد گندم، هوش مصنوعی
  • کریم نیسی، اصلان اگدرنژاد*، فریبرز عباسی* صفحات 2295-2310
    مدل سازی گیاهی روشی ارزان، سریع و توانمند برای دستیابی به نتایج اثر عوامل مختلف بر رشد گیاهان زراعی است. از این رو، مدل های گیاهی مانند مدل CERES-Maize برای شبیه سازی عملکرد گیاهان بسط داده شده است. با توجه به اینکه مقدار آب آبیاری و کود نیتروژن دو عامل بسیار مهم برای بهبود عملکرد ذرت هستند؛ اطلاع از دقت و خطای مدل CERES-Maize برای شبیه سازی عملکرد این گیاه زراعی تحت تیمارهای اشاره شده اهمیت دارد. از این رو، تحقیق حاضر در مزرعه 500 هکتاری موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر در طول جغرافیایی 58/50 درجه شرقی و عرض جغرافیایی 56/35 انجام شد. در این پژوهش دو رقم ذرت دبل کراس 370 و سینگل کراس 260 مورد مطالعه قرار گرفتند. در رقم دبل کراس 370، دو عامل مقدار آب آبیاری در چهار سطح (W1: 120، W2: 100، WI3: 80 و W4: 60 درصد نیاز آبی) و کود نیتروژن در چهار مقدار (N1: 100، N2: 80، N3:60 و N4: صفر درصد نیاز نیتروژن خالص) و در رقم سینگل کراس 260 عامل سطوح کودی در چهار سطح (N1: 100، N2: 80، N3:60 و N4: 50 درصد نیاز نیتروژن خالص) تحت مطالعه قرار گرفتند. نتایج برای هر دو رقم نشان داد که مدل CERES-Maize دچار خطای کم برآوردی (0 ≥ MBE) شد. خطای این مدل برای شبیه سازی عملکرد رقم دبل کراس 370 برابر با 24/1 تن در هکتار و برای رقم سینگل کراس 260 برابر با 44/0 تن در هکتار بود. دقت مدل CERES-Maize برای شبیه سازی این دو رقم به ترتیب در دسته ی خوب (13/0 = NRMSE) و عالی (06/0 = NRMSE) قرار داشت. خطای مدل CERES-Maize برای تیمارهای آبی در رقم دبل کراس 370 بین 65/1-89/0 تن در هکتار و برای تیمارهای کودی در این رقم بین 9/1-43/0 تن در هکتار بود. در حالی که تفاوتی بین خطای مدل در دو حالت تقسیط کود مشاهده نشد. بنابراین، مدل نسبت به تقسیط کود حساسیتی نداشت در حالی که تغییرات آب آبیاری و مقدار کود بر دقت آن اثر زیادی داشت. براساس کلیه نتایج، مدل CERES-Maize برای شبیه سازی هر دو رقم ذرت پیشنهاد می شود گرچه دقت آن در رقم سینگل کراس 260 بیشتر بود.
    کلیدواژگان: تنش کودی، تقسیط کود، مدل سازی گیاهی، مدل CERES-Maize
  • عبدالرضا ظهیری*، مرجان پارس مهر، محمد بی جن خان، امیراحمد دهقانی صفحات 2311-2331

    به دلیل اثرات منفی محیط زیستی سدهای مخزنی، مخازن نگهداشت سیل یا مخازن تاخیری سیلاب به عنوان یک راهکار جایگزین برای مدیریت و کاهش خسارات سیل در چند دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. بررسی پیشینه تحقیق نشان می دهد که مطالعات عددی و آزمایشگاهی محدودی در این زمینه انجام شده است، لذا در این تحقیق با بررسی آزمایشگاهی عوامل موثر بر نحوه عملکرد مخازن نگهداشت در آزمایشگاه هیدرولیک آب و رسوب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان در سال 2018، اثر میزان زبری بستر آبراهه اصلی بر میزان دبی ورودی به مخزن نگهداشت در کنترل دبی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین با واسنجی برخی معادلات ضریب دبی سرریز جانبی،  قابل تعمیم بودن استفاده از روابط جریان ماندگار برای جریان غیرماندگار بررسی شد. برای مدل سازی، یک مخزن فلزی از طریق سرریز جانبی لبه پهن به بدنه کانال متصل شد. سه ارتفاع زبری بستر فلوم در محدوه 06/0 تا 15 میلی‎متر و همچنین سه طول سرریز جانبی در محدوده 30 تا 90 سانتی متر مورد استفاده قرار گرفت. آزمایش ها تحت شرایط جریان غیرماندگار و با سه هیدروگراف ورودی با دبی های اوج 17، 25 و 33 لیتر بر ثانیه و زمان پایه 504 ثانیه انجام شد. با استفاده از حسگرهای دیجیتالی، عمق جریان در هر لحظه در کانال و مخزن ثبت و دبی متوسط جریان ورودی به مخزن محاسبه گردید. بر اساس نتایج، استفاده از روابط ضریب دبی سرریز جانبی جریان ماندگار برای جریان غیرماندگار قابل تعمیم نیست لذا بر مبنای تیوری بدون بعدسازی پی باکینگهام، روابطی برای محاسبه دبی متوسط جریان ورودی به مخزن نگهداشت و مدت زمان پرشدن آن ارایه گردید که بیشینه خطای محاسباتی برای دبی متوسط جریان ورودی به مخزن و زمان پر شدن مخزن کمتر از 15 درصد بوده است. همچنین تغییرات زبری بستر آبراهه می تواند تا 25 درصد باعث افزایش دبی متوسط ورودی به مخزن جانبی شود.

    کلیدواژگان: دبی متوسط جریان ورودی به سرریز، ارتفاع زبری بستر، طول سرریز جانبی، جریان ماندگار
  • فیروزه نورمندی پور، محمدامیر دلاور*، راتان لل، استفان جوزف، کریستین سایورت صفحات 2333-2347

    پژوهش حاضر به بررسی و مقایسه تاثیر دو نوع بقایای گیاهی باگاس نیشکر (BG) و کلش برنج (RH) بر برخی ویژگی های شیمیایی و فعالیت های آنزیمی مرتبط با چرخه کربن و فسفر در یک خاک ورتی سول (شاهد، C) پرداخته است. آزمایش در چهار تکرار در قالب طرح فاکتوریل بر پایه طرح کاملا تصادفی به صورت گلدانی در سال 1396 در گلخانه دانشگاه زنجان انجام شد. عوامل این آزمایش شامل نوع اصلاح کننده (BG و RH)، مقدار کاربرد (سه سطح با مقادیر وزنی %25/1=L1، %5/2L2= و %5=L3) و زمان (چهار سطح دو (M2)، چهار (M4)، هشت (M8) و دوازده (M12) ماه) بودند. برخی ویژگی های شیمیایی و زیست شناختی پس از اعمال تیمارها اندازه گیری شد. نتایج نشان داد، مقادیر کربن آلی خاک، نسبت کربن به نیتروژن و فسفر قابل دسترس به صورت معنی دار (001/0>p) تحت تاثیر نوع اصلاح کننده، میزان کاربرد آن و مدت زمان خوابانیدن قرار گرفت. بیشترین و کمترین مقدار کربن آلی خاک در تیمارهای BGL3M2 و RHL1M12 اندازه گیری شد. تغییرات کربن آلی و نیتروژن کل با افزایش مقدار اصلاح کننده ها افزایشی و با گذشت زمان خوابانیدن کاهشی بود. نیتروژن کل در تیمار RHL3M12 نسبت به تیمارهای RHL1M12 و RHL3M2 به ترتیب دارای 6/51 درصد افزایش و 5/8 درصد کاهش بودند (01/0>p). فسفر قابل دسترس در تیمار BGL3M12 نسبت به تیمار BGL2M12 دارای افزایش معنی دار 5/21 درصدی بود. بیشترین مقدار فعالیت آنزیم فسفاتاز قلیایی و اسیدی به ترتیب مربوط به تیمارهای  RHL3M12(µg PNP g-1h-1 6/18) و BGL3M12 (µg PNP g-1h-1 1/7) بود. تیمارهای RHL3M12 و BGL1M2، به ترتیب بیشترین و کمترین فعالیت آنزیم بتاگلوکوزیداز را داشتند و نسبت به تیمار شاهد تفاوت معنی دار 5/87 و 3/70 درصدی نشان دادند. بیشترین و کمترین میزان کربن زیست توده میکروبی به ترتیب مربوط به تیمارهای RHL3M2 (mg kg-1 5/71) و BGL1M12 (mg kg-1 28) بود.

    کلیدواژگان: باگاس نیشکر، بتاگلوکوزیداز، فسفاتاز، کربن زیست توده میکروبی، کلش برنج
  • صبا باقریفام، محمدامیر دلاور*، پیمان کشاورز، پرویز کرمی صفحات 2349-2363

    کربن آلی خاک یک جز کلیدی در تعیین کیفیت، سلامت و حاصلخیزی خاک است که با توجه به پیچیدگی ساختار و روابط ذخایر کربن آلی، بهره گیری از مدل ها در شناسایی واکنش این ذخایر نسبت به تغییر شرایط بوم نظام بسیار کارگشا است. از این رو با استفاده از مدل RothC، اثر گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی، بر مقادیر ذخایر کربن آلی خاک بوم نظام زراعی جنوب شرقی مشهد بررسی شد. برای این منظور ابتدا مدل با استفاده از داده های مطالعات پیشین و مقادیر اندازه گیری شده در سال 2020، مورد واسنجی و اعتبارسنجی قرار گرفت. با مقایسه بین مقادیر کل کربن آلی خاک اندازه گیری شده در مناطق مطالعاتی و مقادیر شبیه سازی شده به وسیله مدل، ضریب تبیین معادل 89/0، ریشه میانگین مربعات خطا 45/3، تفاوت میانگین 84/1، میانگین مطلق خطا 79/2 و کارایی مدل 73/0 به دست آمد. این نتایج بیانگر اعتبار و قابلیت به کارگیری مدل است. مدل سازی تغییرات اقلیمی آینده مشهد نشان داد که با کاهش بارندگی و افزایش دما و تبخیر، میزان ذخیره کل کربن آلی خاک نسبت به شرایط عدم وقوع تغییرات اقلیمی 13/1 درصد کاهش دارد. با توجه به ثابت سرعت تجزیه ذخایر چهارگانه کربن فعال مدل، هوموس با کندترین سرعت تجزیه، به میزان 96/0 درصد و بخش های مواد گیاهی تجزیه پذیر، مواد گیاهی مقاوم و زیست توده میکروبی به ترتیب 18/1، 21/2 و 10/2 درصد نسبت به شرایط اقلیمی کنونی کاهش داشتند. نتایج نشان داد که با گذشت زمان به دلیل تجزیه شدن بخش های فعال ماده آلی که به سهولت تجزیه می شوند، سرعت تجزیه کاهش می یابد.

    کلیدواژگان: تجزیه ماده آلی، ذخایر کربن فعال، مدل رتامستد، واسنجی و اعتبار سنجی RothC
  • پدیده جوادی، حسین اسدی*، علی اصغر بسالت پور، مجید وظیفه دوست صفحات 2365-2382

    تهیه نقشه یکپارچه رطوبت خاک با وضوح مکانی بالا و کیفیت مناسب اهمیت زیادی در مدیریت اراضی دارد. با توجه به کمبود ایستگاه های پایش در حوزه های آبخیز به ویژه در مناطق کوهستانی، مطالعات میدانی پایش رطوبت خاک فرآیندی زمان بر، پرهزینه و با خطا است. جهت دستیابی به روشی مناسب برای شبیه سازی مکانی و زمانی رطوبت خاک در حوضه آبریز مرغاب استان خوزستان با مساحت 690 کیلومترمربع، از مدل SWAT استفاده شد. از داده های هواشناسی روزانه ایستگاه باران سنجی بارانگرد و سینوپتیک ایذه و نقشه های خاک، کاربری اراضی و رقومی ارتفاع به عنوان ورودی مدل استفاده شد. جهت تحلیل حساسیت، واسنجی، عدم قطعیت و اعتبار سنجی مدل از برنامهSUFI-2  و آمار رواناب ایستگاه هیدرومتری جلوگیر- مرغاب استفاده گردید. سال های 2019 -2003 میلادی برای واسنجی و سال های 2002-1995 میلادی برای اعتبار سنجی مدل با سه سال دست گرمی 1994-1992 به کار گرفته شد. برای تعیین نکویی برازش مدل در شبیه سازی رواناب از ضرایب نش ساتکلیف (NSE) و ضریب تبیین (R2)، برای تعیین درجه عدم قطعیت از شاخص های P-Factor  وR-Factor  استفاده شد. با توجه به هیدروگراف های شبیه سازی شده و مشاهده ای رواناب ماهانه و معیارهای آماری، مدل SWAT در هر دو دوره واسنجی و اعتبارسنجی دارای نتایج خوب در شبیه سازی رواناب بود. مقادیر ضرایب NSE, R2،P-Factor  وR-Factor در دوره واسنجی به ترتیب 76/0، 73/0، 68/0 و62/0و در دوره اعتبار سنجی به ترتیب 73/0، 71/0، 60/0 و 65/0 بود. پس از واسنجی و اعتبار سنجی مدل، نقشه های رطوبت خاک در سری زمانی 2019-1995 استخراج گردید. نتایج نشان داد، مدل سازی SWAT ابزاری امیدوارکننده ای جهت شبیه سازی رطوبت خاک در حوضه آبریز با توزیع مکانی مقیاس زیر حوضه و واحدهای پاسخ هیدرولوژی  و نیز زمانی مقیاس ماهیانه و سالیانه  مناسب است.

    کلیدواژگان: رواناب، تحلیل حساسیت مدل، عدم قطعیت، کاربری اراضی، مدل رقومی ارتفاع
  • سمیرا رهنما، علی شهیدی*، مصطفی یعقوب زاده، علی اکبر مهران صفحات 2383-2398

    پایش موثر و به موقع خشکسالی می تواند به توسعه سامانه های خشکسالی و مدیریت بهینه منابع آبی کمک کند و این سامانه ها نیز به نوبه خود می توانند هزینه های ناشی از خشکسالی را به کمینه برسانند. هدف از این پژوهش، بررسی خشکسالی با استفاده از داده های ماهواره ای سنجنده لندست و شاخص های خشکسالی هواشناسی و کشاورزی در سه منطقه با شرایط اقلیمی متفاوت (بیرجند، شیراز و رشت) می باشد. بدین منظور شاخص های خشکسالی بر مبنای داده های ماهواره ای شامل شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی تعدیل کننده اثرات خاک (SAVI) و شاخص پوشش گیاهی نسبت ساده (SR) از روی تصاویر لندست برای دوره زمانی 2002، 2014 تا 2020 استخراج شد. سپس نتایج این شاخص ها با مقادیر شاخص بارش استاندارد (SPI) و شاخص شناسایی خشکسالی (RDI) مقایسه گردید. بررسی شاخص ها حاکی از بالا بودن مقدار شاخص ها در تمامی سال های مورد بررسی در منطقه رشت می باشد. در منطقه شیراز کاهش قابل توجهی در مقدار میانگین شاخص ها در ماه های August و September سال های 2015 تا 2020 اتفاق افتاد. همچنین این کاهش در مقدار میانگین شاخص ها در منطقه بیرجند از September سال 2002 تا 2020 دیده شد. از طرفی از میان ماه‎های مورد بررسی، ماه September سال 2015 در مناطق رشت و شیراز و سال 2014 (September) بیرجند بیشترین خشکسالی را از نظر شاخص های سنجش از دور داشته اند. نتایج نشان داد که در هر سه منطقه شاخص های سنجش از دور از جمله NDVI و SAVI همبستگی بالایی با شاخص های SPI و RDI دارند. با این تفاوت که شاخص RDI برای پایش و پیش بینی خشکسالی، بر شاخص SPI برتری دارد. در نتیجه، شاخص RDI علاوه بر مقدار بارندگی، تبخیرتعرق را نیز لحاظ می کند و از حساسیت بیشتری خصوصا در مناطق خشک نظیر شیراز و بیرجند که مقدار تبخیرتعرق بیشتر از مقدار بارندگی می باشد، برخوردار است.

    کلیدواژگان: تصاویرلندست، شاخص های سنجش از دور، شاخص SPI، شاخص RDI، خشکسالی
  • عباس یکزبان، سید علی اکبر موسوی*، عبدالمجید ثامنی، مهروز رضایی صفحات 2399-2412

    کاربرد بیوچار به عنوان یک روش اصلاح ویژگی های خاک در راستای کشاورزی پایدار پیشنهاد شده است. البته میزان این تاثیر به ویژگی های خاک و بیوچار کاربردی بستگی دارد. هدف از این مطالعه بررسی اثرات منفرد و متقابل منابع، مقادیر و اندازه ذرات بیوچار بر جرم ویژه ظاهری خاک، پایداری خاکدانه ها، مقاومت نفوذی و مقاومت برشی در یک خاک لوم رسی سیلتی بود. بدین منظور بیوچار تهیه شده از گرماکافت برگ نخل و تفاله لیموترش در دمای 500 درجه سلسیوس در سه کلاس اندازه ذرات 4-2 ، 2-8/0 و کوچک تر از 8/0 میلی متر با نسبت های 0، 5/0، 1، 2 و 4 درصد وزنی با خاک مخلوط شدند. پس از 15 ماه انکوباسیون (1399-1398) در شرایط استاندارد در گلخانه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز، ویژگی های مذکور با روش های استاندارد اندازه گیری شدند. به طور کلی بیوچار سبب کاهش معنی دار (01/0>P) جرم ویژه ظاهری خاک، مقاومت نفوذی و مقاومت برشی و افزایش معنی دار پایداری خاکدانه ها در مقایسه با شاهد شد. بیوچار برگ نخل در مقایسه با بیوچار تفاله لیمو از نظر بهبود ویژگی های خاک، عملکرد بهتری داشت. به طور میانگین با افزایش سطوح بیوچار به 4 درصد، جرم ویژه ظاهری 5/14 درصد، مقاومت نفوذی 85 درصد و مقاومت برشی 8/59 درصد کاهش و پایداری خاکدانه ها 5/50 درصد افزایش یافت. بیش ترین تاثیر بیوچار بر پایداری خاکدانه ها و مقاومت فروروی با ذرات بیوچار کوچک-تر از 8/0 میلی متر بدست آمد. با تغییر اندازه ذرات بیوچار، تغییرات قابل توجهی در جرم ویژه ظاهری و مقاومت برشی ایجاد نشد. براساس نتایج به دست آمده، می توان با انتخاب اندازه ذرات و سطوح کاربرد مناسب از هر نوع منبع بیوچار، بهترین عملکرد در بهبود ویژگی های فیزیکی خاک را بدست آورد.

    کلیدواژگان: اصلاح کننده خاک، پایداری خاکدانه ها، مقاومت برشی، مقاومت فشاری
  • سارا فکوری، محمد بی جن خان* صفحات 2413-2427

    ماسه دهی از جمله فرآیندهایی است که می تواند عملکرد چاه را تحت تاثیر قرار دهد و استحصال آب را با چالش هایی جدی از جمله آسیب دیدگی پمپ مواجه کند. به دلیل هزینه های بسیار زیاد حفر چاه، تشخیص پدیده ماسه دهی قبل از حفاری چاه جدید از اهمیت زیادی برخوردار است. در مناطقی که محیط آبخوان ریزدانه است، بدلیل برداشت آب و پایین افتادن سطح ایستابی، پدیده فرونشست رخ می دهد. از طرف دیگر، احتمال بروز پدیده ماسه دهی نیز در محدوده ای از آبخوان با محیط ریزدانه بیشتر است. در این تحقیق ابتدا به برآورد فرونشست در محدوده استان البرز با استفاده از تصاویر ماهواره ای Sentinel-1 در سال های 2017 تا 2021 پرداخته شد. سپس با استفاده از بررسی های میدانی در بخش های جنوبی شهرستان ساوجبلاغ، شواهدی مبنی بر وجود ارتباط بین پدیده های ماسه دهی و فرونشست ارایه شد. همچنین، اطلاعات تعدادی از چاه ها که همراه با ماسه دهی بودند جمع آوری و با نقشه های فرونشست تطبیق داده شد. در نهایت به منظور کمی سازی اطلاعات، ضریب Jaccard برای تعیین میزان تشابه بین نقشه فرونشست و ماسه دهی استفاده شد. نتایج نشان داد که نقشه های ماسه دهی و فرونشست زمین در محدوده ضریب Jaccard معادل 65%، متشابه هستند. به بیان دیگر با احتمال 65%، در شعاع 500 متری از چاه هایی که در محدوده فرونشست جدی قرار داشته باشند، پدیده ماسه-دهی نیز وجود خواهد داشت.

    کلیدواژگان: محیط ریزدانه، فرونشست، ماسه دهی، چاه آب، ضریب Jaccard
  • سهیلا محتشمی، زهرا آقاشریعتمداری* صفحات 2429-2444

    مدیریت موثر و کارآمد منابع آب در مناطق کم برخوردار آبی، نیازمند شناخت دقیق جریان های هیدرولوژیکی است. آگاهی از میزان دقیق کل باران به عنوان یکی از اجزای جریان های هیدرولوژیکی و هم چنین میزان قابل استفاده یا موثر آن به منظور برنامه ریزی های دقیق تر در بخش کشاورزی ضروری است. در راستای این دیدگاه، در این پژوهش، باران موثر در اراضی تحت کشت گندم دیم شهرستان خمین با بکارگیری سنجش از دور و اجرای الگوریتم سبال برآورد شده است.داده های هواشناسی مورد نیاز از سه ایستگاه از نزدیک ترین ایستگاه های سینوپتیک به منطقه مورد مطالعه شامل ایستگاه های سینوپتیک خمین، محلات و گلپایگان دریافت شده و به روش IDW برای منطقه مورد نظر درونیابی شدند. به منظور برآورد بارش موثر، تبخیر تعرق محصول گندم دیم با اجرای الگوریتم سبال بر روی 28 تصویر موجود از لندست 8 در طول دوره رشد گندم دیم برای سال های زراعی 1394-1393 تا 1401-1400 در منطقه مطالعاتی مورد نظر محاسبه می شود. دقت سبال با روش های پنمن مانتیث و تشت تبخیر ارزیابی شده و سپس نتایج به دست آمده با روش های تجربی برآورد باران موثر (USDA، FAO، درصدی و تجربی) مقایسه و خطای نسبی آن ها برآورد شده است.نتایج مقایسات نشان داد که روش USDA با میانگین خطای نسبی 2/12% کمترین خطا و روش FAO با میانگین خطای نسبی 60 %  بیشترین خطا را نسبت به روش سبال داشتند. یافته های پژوهش نشان داد که روش های تجربی برآورد بارش موثر جهان شمول نمی باشند. بنابراین، بایستی این روش ها با در نظر گرفتن عواملی محیطی تاثیرگذار بر مقدار بارش موثر و نوع محصولات کالیبره شوند.

    کلیدواژگان: الگوریتم بیلان انرژی، بارش موثر، تبخیر تعرق، لندست
  • امیرحسین اسدیان، سید شهاب امامزاده* صفحات 2445-2462

    کاویتاسیون یکی از عوامل خرابی تنداب سرریزها است که جهت کنترل این پدیده پهنه بندی خطر آن ضرورت دارد. در این تحقیق برای دستیابی به روشی جهت پهنه بندی خطر کاویتاسیون، از اطلاعات سرریز سد سورک در استان چهارمحال بختیاری استفاده شد. در روند مدل سازی ابتدا مدل هندسی سرریز ساخته شد و پس از شبکه بندی و اعمال شرایط مرزی، تحلیل جریان انجام شد. شاخص کاویتاسیون با توجه به مقادیر پارامترهای سرعت، ارتفاع جریان، شیب شوت و دیگر پارامترهای لازم، در 18 مقطع محاسبه گردید. نتایج حاصله از نرم افزار Flow-3D برای سنجش کیفی وضعیت خطر کاویتاسیون در تنداب سرریز سد سورک از دقت مناسبی برخوردار است؛ به طوریکه خطای RMSE فشار 2-10×26/0 پاسکال و سرعت2-10× 23/0 متربرثانیه نسبت به نتایج آزمایشگاهی بدست آمد. همچنین پارامترهای تاثیرگذار بر کاهش کاویتاسیون از قبیل زبری و هوادهی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می داد در فاصله 70 تا 95 متری از تاج سرریز احتمال وقوع کاویتاسیون و خسارات ناشی از آن وجود دارد. نتایج تحلیل حساسیت نشان داد که استفاده از زبری یکنواخت 5/2 میلی متری و هوادهی در طول شوت موجب افزایش شاخص کاویتاسیون می شود. در این زبری مناطق مستعد وقوع کاویتاسیون به مقاطع پایین دست شوت جابجا می شوند. در زبری یکنواخت 5/1 میلی متر در طول کل سرریز، نتایج الگوریتم نزدیکترین همسایگی در دو مقطع پایانی 75/99 و 105 متری و در زبری یکنواخت 5/2 میلی متر در طول کل سرریز در دو مقطع 42 و 25/89 متری از تاج سرریز نسبت مدل Flow-3D بحرانی تر است که به معنی آسیب پذیری بیشتر این نواحی در مقابل پدیده کاویتاسیون است.

    کلیدواژگان: سد سورک، Flow3D، کاویتاسیون، الگوریتم طبقه بندی نزدیکترین همسایگی، سرریز شوت
|
  • Jamal Mohammadi Moalezade, Saeed Hamzeh *, Atefeh Sayadi Shahraki Pages 2209-2223

    Soil moisture is one of the key parameters in water resources studies and irrigation remote planning. Measuring soil moisture on a large scale is costly and very time consuming. Traditional methods of measuring soil moisture at farm level cannot show the spatial changes of moisture in the best way. Various new methods have been developed to use satellite data to model soil moisture based on thermal images. This study was conducted in 2020 with the aim of investigating the ability of thermal satellite imagery to estimate soil moisture and to plan irrigation rounds of lands in sugarcane industry of Amirkabir located in the south of Khuzestan province. For this purpose, during growing season of sugarcane, soil moisture content was calculated for 9 crossings Landsat 8 satellite and evaluated using 180 ground control points, and also daily irrigation data of 32 farms (25-hectare) were recorded during the study period. The results showed that the accuracy of the model is suitable for estimating soil moisture with the measured values at the farm level. The mean square root of normalized error (NRMSE) was 12.9% and the coefficient of determination (R²) was 0.82. Also, the results of soil moisture in irrigation management of sugarcane fields showed that thermal trapezoidal model is effective due to using thermal bands to environmental factors such as relative humidity percentage, average air temperature, pest (leaf dryness) and plant temperature, and somewhat in June and July causes errors in irrigation planning of sugarcane fields. The mean square root of normalized error (NRMSE) during soil water stress was 24.32%, during irrigation time was 22.20%, at average humidity was 11.7%, during high humidity was 13.20% and during irrigation was 8.86%. Consequently, the accuracy of thermal trapezoidal model for planning irrigation of farms in estimating soil water stress and field irrigation time in some periods of growing season is moderate and for fields having sufficient soil moisture is well.

    Keywords: Irrigation planning, Thermal trapezoid, Soil moisture, remote sensing, Sugarcane
  • Arya Vazirzadeh *, Sasan Kafaei Pages 2225-2245
    Bakhtegan and Tashk internationally important Wetland is one of the largest wetland sites in Iran that has dried up in recent years. This study was conducted to estimate the ecological water requirements of this wetland site. For this purpose, first the basic data including long term trend of rainfall, SPI and flow rates of Kor and Sivand rivers as the main feeding sources of wetlands were analysed. Then, to estimate the ecological water requirement, changes in the wetland area in the long run were investigated. Also, changes in Flamingo species as an ecologic index were studied in line with wetlands surface changes. The results showed that the amount of ecological water required to maintain the ecological functions of Bakhtegan and Tashk wetland from the Kor-Sivand River at the entrance of the wetland in dry, normal and wet yearsare 700, 826 and 1037 million cubic meters, respectively. The best times to release the water from upstream sources are February, March and April, respectively. The most important factors contributing in the drought of wetlands include   increase of agrilands to fed excessive increase of the basin population, non-sustainable management of water resources, construction of new dams in watershed, significant reduction of rainfall and increasing of dry seasons during last two decades.
    Keywords: Bakhtegan, Tashk, wetland, Climate, ecological water requirements
  • Mohammad Mirzaei Heydari *, Zahra Babaei Pages 2247-2259
    Recently, growth-promoting bacteria have been proposed as complementary and increased efficiency of chemical fertilizers in order to increase soil fertility in crop production in sustainable agriculture. In order to study the effect and efficacy of plant growth promoting bacteria and different rates of phosphorous fertilizer on growth parameters, nutrient availability and wheat yield (Mahdavi variety), a field experiment was conducted as factorial based on completely randomized block design in three replications. Experimental factors include five rates of phosphorous (0, 25, 50, 75, and 100 kg/ha P) and soil inoculation with bacteria at four levels including no-inoculation (Control, I0), inoculation with Azotobacter (I1), inoculation with Pseudomonas (I2) and inoculation with Azotobacter and Pseudomonas (I3). Results of variance analysis showed a significant difference on the effect of seed inoculation and phosphorous levels on plant height, root length and germination percent of wheat seeds. In this research, the treatment of 100 percent P-requirement in the soil inoculated with Azotobacter and Pseudomonas showed a greatest effect on increasing soil phosphorous (27%), growth (28%), yield (27%), yield components (31% grain yiehd) and grain phosphorous (27%) of autumn wheat. Increase in plant dry weight by rhizobacteria is due to increase in nutrients uptake and subsequently better plant growth which could result in higher harvesting index.
    Keywords: Azotobacter, Bio-fertilizer, Inorganic fertilizer, Pseudomonas, Soil Inoculation
  • Nasim Sahraei, Ahmad Landi, Saeid Hojati * Pages 2261-2276
    This study aims to evaluate and to compare the efficiency of support vector machine (SVM) and random forest (RF) models using digital soil mapping approach to predict soil texture in part of Khuzestan province. In February 2021, before determining soil texture, 200 soil samples were taken using stratified random sampling from the surface layer )0-10 cm(. Auxiliary variables included primary and secondary derivatives of digital elevation model (DEM), remote sensing spectral indices (RS), from which the appropriate category was selected using principal component analysis (PCA). Based on PCA method, nine topographic variables from DEM and eight vegetation indices and spectra from RS were selected to predict soils texture components (sand, silt, and clay). The efficiency of the models was evaluated using the coefficient of determination (R2) and the root mean squared of the error (RMSE). The results indicated that the random forest model had higher accuracy and less error than the support vector machine model (SVM), so that values of R2 in this model were 0.80 for sand, 0.81 for silt, and 0.78 for clay, and the RMSE in the prediction of these particles were 6.02, 5.89 and 6.02, respectively. While the R2 and RMSE in the support vector machine model for prediction of sand, silt and clay were (0.39, 13.70), (0.45, 10.70), and (0.46, 9.32), respectively. Also, the results of this evaluation showed that salinity index, brightness index, and channel network in addition of the 6-band Landsat 8 satellite or the far infrared band were the most important environmental variables predicting clay, silt, and sand particles. In conclusion, we suggest using Random Forest model as a useful and reliable method in preparing digital maps of soil texture in the study area.
    Keywords: Spatial modeling, remote sensing, Soil Texture, Support vector machine, Random forest
  • Mohammad Ansari Ghojghar * Pages 2277-2294

    Wheat as the main food in the country is of particular importance. Wheat is not only an important economic agricultural commodity in the world, but also known as a powerful lever in political and global relations. Therefore, the analysis and forecast of the production status of this product in the country has always been the focus of attention. The purpose of this study is to predict the amount of wheat yield (X) using artificial intelligence in the annual time scale in Alborz province. For this purpose, using annual cultivation and production data, wheat yield was investigated in six cities of Nazarabad, Savojbalagh, Karaj, Eshtehard, Fardis and Taleghan with a period of 40 years (1981-2020). After calculating the yield (ton per hectare) and forming an annual time series, four artificial intelligence methods including the best neighbor algorithm (KNN), backup vector (SVM), gene expression planning (GEP) and Bayesin Network (BN) were used and the wheat yield was predicted for the following year. Results indicated a more precision in yield prediction in the years with more production; According to the results of the BN, GEP, SVM and KNN model, the correlation coefficient between the observed and anticipated wheat yield values was 0.84, 0.89, 0.89 and 0.92, respectively. Explaining that Karaj and Taleghan cities have the highest and lowest wheat production respectively. The results showed that the KNN method had the best accuracy among the others, as the values of R, RMSE and MAE varied from 0.84 to 0.92, 0.21 to 0/24 and 0.11 to 0.18. Overall, by comparing the proposed methods, the KNN method had the highest and the BN method had the least accuracy to predict the amount of wheat yield in Alborz province. The results of this study can be very useful in providing and managing food security in areas under study.

    Keywords: Food security, forecasting, Wheat Yield, Artificial Intelligence
  • Karim Neysi, Aslan Egdernezhad *, Fariborz Abbasi Pages 2295-2310
    Crop modeling is a cheap, fast and powerful method to achieve the results of the effect of various factors on crop growth. Hence, crop models such as CERES-Maize have been developed to simulate plant performance. Given that the amounts of irrigation water and nitrogen fertilizer are two very important factors to improve corn yield; it is important to know the accuracy and error of the CERES-Maize model to simulate the yield of this crop under the mentioned treatments. Therefore, the present study was conducted at a 500-hectare farm of the Seed and Plant Breeding Research Institute located at 50.58° East longitude and 35.56° latitude on two corn cultivars (double cross 370 and single cross 260). For double cross 370, two factors including the amount of irrigation water at four levels (W1: 120, W2: 100, WI3: 80 and W4: 60 percent of water requirement) and nitrogen fertilizer at four levels (N1: 100, N2: 80, N3: 60 and N4: zero percent of nitrogen requirement) were considered. For single cross 260, four fertilizer levels (N1: 100, N2: 80 and N3: 60 and N4: 50 percent of nitrogen requirement) were studied. The results for both cultivars showed that the CERES-Maize model underestimated crop yield (0 ≥ MBE). The amount of error for simulating yield of double cross cultivar 370 and single cross cultivar 260 was 1.24 and 0.44 tons per hectare, respectively. The accuracy of CERES-Maize model for simulating these two cultivars was in the category of good (NRMSE = 0.13) and excellent (NRMSE = 0.06), respectively. The error of CERES-Maize model for double cross cultivar 370 and for irrigation treatments was in the range of 0.89-1.65 t/ha and for fertilizer treatments was in the range of 0.43-9.9 t/ha. No difference was observed between the model errors in two fertilizer applications. Therefore, the model was not sensitive to fertilizer apportionment, while changes in irrigation water and fertilizer amount had a great effect on its accuracy. Based on all the results, the CERES-Maize model is recommended for simulation of both corn cultivars, although its accuracy was higher for the single cross 260 cultivar.
    Keywords: Fertilizer Stress, Fertilizer Splitting, Crop Modeling, CERES-Maize
  • Abdolreza Zahiri *, Marjan Parsmehr, Mohammad Bijankhan, AmirAhmad Dehghani Pages 2311-2331

    Due to increasing negative environmental impacts of storage dams, detention basins have been considered as an alternative solution instead of construction of concrete dams for reduction of flood damage in recent decades. Literature reviews on detention basins show that there are limited numerical and experimental studies in this regard. In this research the effect of bed roughness height of main channel on the inflow discharge has been investigated by considering the effective factors on the efficiency of basins in laboratory of Gorgan University in 2018.  Also, the general ability of using steady flow equations for unsteady flow was investigated by calibrating some of the discharge coefficient equations. For simulation, a metal tank was connected to a channel through a broad side weir. Three bed roughness heights of the flume in the range of 0.06 to 15 mm as well as three lengths of side weirs in the range of 30 to 90 cm were utilized. The experiments were carried out under unsteady flow condition by three inflow hydrographs with peak discharges of 17, 25 and 33 l/s and a base time of 504s. The flow depth was measured instantaneously by transmitter and the average inflowing discharge into the detention pond was calculated. According to the results, use of lateral flow discharge coefficient relationships of the steady flow cannot be generalized for unsteady flow. So, based on dimensional analysis of the Π-Buckingham theory, some relationships have been proposed for calculation of the average inflow rate into the detention pond and also for filling time of the pond. The maximum errors for calculation of the average inflow rate as well as the filling time of the basin were less than 15 percent. Also, increasing the streambed roughness can increase the average inflow rate to the detention basin by 25 percent.

    Keywords: average inflowing discharge, roughness height of bed, length of side weir, Steady flow
  • Firouzeh Nourmandipour, MohammadAmir Delavar *, Rattan Lal, Stephen Joseph, Christian Siewert Pages 2333-2347

    The present study investigated and compared the effects of two types of crop residues, sugarcane bagasse (BG) and rice straw (RH), on some soil chemical properties and enzymatic activities related to the carbon and phosphorus cycle in sodic vertisols (control, C). The pot experiment was conducted in four replications using the factorial structure in complete randomized design in the greenhouse of Zanjan University in 2016. The factors of this experiment included two type of organic amendment (BG and RH), three application rates (L1=1.25%, L2=2.5% and L3=5% by weight) and four incubation times (two (M2), four (M4), eight (M8) and twelve (M12) months). Some of the most important chemical and biological properties were measured after the treatments. The results showed that values of soil organic carbon (SOC), carbon to nitrogen ratio (C:N), and available phosphorus (AP) were significantly (p< 0.001) affected by the type of organic amendments, their application rate, and incubation time. The highest and lowest SOC values were measured in the BGL3M2 and RHL1M12 treatments, respectively. Changes in SOC and total nitrogen (TN) were increasing by increasing the amount of organic amendments and decreasing by increasing incubation time. Total nitrogen in the RHL3M12 treatment increased 51.6% compared to the RHL1M12 treatment and decreased 8.5% (p<0.01) compared to the RHL3M2 treatment. AP in BGL3M12 treatment had a significant increase of 21.5% compared to BGL2M12 treatment. The highest alkaline and acid phosphatase activity was related to RHL3M12 (18.6 µg PNP g-1h-1) and BGL3M12 (7.1 µg PNP g-1h-1) treatments, respectively. RHL3M12 and BGL1M2 treatments showed the highest and lowest beta-glucosidase activity, respectively, and showed a significant difference of 87.5% and 70.3% with the control treatment. The highest and lowest levels of microbial biomass carbon (MBC) were related to RHL3M2 (71.5 mg kg-1) and BGL1M12 (28 mg kg-1) treatments, respectively.

    Keywords: Sugarcane Bagasse, β-glucosidase, phosphatase, Microbial biomass carbon, Rice Husk
  • Saba Bagherifam, MohammadAmir Delavar *, Payman Keshavarz, ‌Parviz Karami Pages 2349-2363

    Soil organic carbon is a key element in determining soil quality, health, and fertility. Due to the complexity of the structure and relationships of soil organic carbon pools, the use of models is beneficial in identifying the reaction of these pools to the change in ecosystem conditions. So, by using the RothC model, the effect of global warming and climate change on the amount of soil organic carbon pool of the agricultural ecosystem of southeastern of Mashhad was investigated. Therefore, the model was calibrated and validated using data measured in 2020 and available long-term data. Comparing the measured values of soil organic carbon and the simulated values by the model, the coefficient of determination (R2) was 0.89. Root means square error (RMSE): 3.45, mean difference (MD): 1.84, mean absolute error (MAE): 2.79, and model efficiency (EF) was 0.73, demonstrating the validity and suitability of the model. The modeling of the future climate changes of Mashhad showed a decrease in rainfall and an increase in temperature and evaporation, leading the amount of total soil organic carbon (TOC) would decrease by 1.13% compared to the current conditions. Considering the decomposition rate constant of the model's four active carbon pools, humus exhibited the slowest decomposition rate of 0.96%. At the same time, decomposable plant materials (DPM), resistant plant materials (RPM), and microbial biomass (BIO) were decreased by 1.18%, 2.21%, and 2.10%, respectively, compared to the current climate condition. Moreover, over time, the decomposition rate decreased due to the decay of active organic matter pools that are easily decomposed.

    Keywords: Decomposition of soil organic matter, Active carbon pools, Rothamsted carbon model, Calibration, Validation of RothC
  • Padideh Javadi, Hossein Asadi *, Aliasghar Besalatpour, Majid Vazifehdoust Pages 2365-2382

    The integrated maps of soil moisture having high spatial resolution and appropriate quality are of great importance in land management. Due to the lack of monitoring stations in watersheds, especially in mountainous areas, field monitoring of soil moisture is a time-consuming, costly and error-prone process. SWAT model was used to obtain a suitable method for spatial and temporal simulation of soil moisture in the Marghab watershed of Khuzestan province with an area of 690 km2. The daily meteorological data of Barangard and Izeh synoptic stations, soil and land use maps, and digital elevation model were used as inputs to the model. The SUFI-2 program was used for calibration, sensitivity and uncertainty analysis, and validation of the model using the runoff data of Jologir-Marghab hydrometric station. The model was run from 2003 to 2019 for calibration and from 1995 to 2002 for validation, with a three-year warm-up from 1992-1994. Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) and determination coefficient (R2) were used to determine the goodness of fit of the model, and P-Factor and R-Factor indices were used to determine the degree of uncertainty. Based on the simulated and observed monthly runoff hydrographs as well as the statistical criteria, the SWAT performance in simulating monthly runoff was acceptable both in the calibration and validation periods. The NSE, R2, P-Factor, and R-Factor were 0.76, 0.73, 0.68, and 0.62, respectively in the calibration period, and 0.73-0.71-0.60 and 0.65, respectively in the validation period. After model calibration and validation, soil moisture maps were obtained for the 1995-2019 period. The results indicated that SWAT model is a promising tool for simulating soil moisture in the catchment area with appropriate spatial (sub-basin scale and hydrological response units) and temporal (monthly and annual scale) distributions.

    Keywords: Runoff, model sensitivity analysis, Uncertainty, Land use, Digital Elevation Model
  • Samira Rahnama, Ali Shahidi *, Mostafa Yaghoobzadeh, AliAkbar Mehran Pages 2383-2398

    Effective and timely drought monitoring can contribute to the development of drought systems and the optimal management of water resources using these systems in turn can minimize the costs of drought. The purpose of this study is to investigate the drought using Landsat satellite data and meteorological and agricultural drought indices in three regions with different climatic conditions (Birjand, Shiraz and Rasht). For this purpose, drought indices based on satellite data including Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Soil Adjustment Vegetation Index (SAVI) and Simple Ratio (SR) were extracted from Landsat images for the period 2002, 2014 to 2020. Then the results of these indices were compared with the values of standard precipitation index (SPI) and Reconnaissance Drought Index (RDI). The study of indicators shows that the amount of indicators is high in all studied years in Rasht region. In Shiraz region, a significant decrease in the average value of indicators occurred in August and September from 2015 to 2020. Also, this decrease was seen in the average value of indicators in Birjand region from September 2002 to 2020. On the other hand, among the studied months, September 2015 in Rasht and Shiraz regions and 2014 (September) Birjand had the most drought in terms of remote sensing indicators. The results showed that in all three regions, remote sensing indices including NDVI and SAVI have a high correlation with SPI and RDI indices. The RDI index is superior to the SPI index for drought monitoring and prediction. As a result, the RDI index takes into account evapotranspiration in addition to rainfall and is more sensitive especially in dry areas such as Shiraz and Birjand where evapotranspiration is higher than rainfall.

    Keywords: Drought, Landsat images, Remote Sensing Indices, SPI Index, RDI Index
  • Abbas Yekzaban, AliAkbar Moosavi *, Abdolmajid Sameni, Mahrooz Rezaei Pages 2399-2412

    Biochar application has been proposed as a suitable amendment for soil properties to sustainable agriculture. However, its effect depends on biochar application and soil properties. The purpose of this study was to investigate the sole and combined effects of different sources, rates and particle size of biochar on soil bulk density, aggregate stability, penetration resistance and shear strength in a silty clay loam soil. Palm leaf and lemon peel biochar prepared at a pyrolysis temperature of 500∘C with three particle sizes 2–4, 0.8-2 and smaller than 0.8 mm, mixed in the soil at application rates of 0, 0.5, 1, 2 and 4 % (by weight). After 15 months (2019 to 2020) incubation at standard condition in research glasshouse of faculty of agriculture Shiraz University, soil properties analyzed by standard methods. In general, the applied biochar decreased soil bulk density, penetration resistance, and shear strength and increased aggregate stability significantly, as compared to the control. Palm leaf biochar played better roles in improving soil properties as compared to lemon peel biochar. On average, by increasing biochar rates to 4%, the soil bulk density, penetration resistance and shear strength decreased by 14.5, 85 and 59.8% respectively and the aggregate stability increased by 50.5%. The greatest effect of biochar was obtained at particle size smaller than 0.8 mm for aggregate stability and penetration resistance. Bulk density and tension strength of the soil did not considerably change using different particle size of biochar. Base on the results, improvement in soil physical properties can be accomplished by application of appropriate particle size and rate of different sources of biochar.

    Keywords: aggregate stability, penetration resistance, shear strength, soil amendment
  • Sara Fakouri, Mohammad Bijankhan * Pages 2413-2427

    Sand production is a process affecting the well performance significantly. It would make severe challenges to water depletion and pump operation. Due to high drilling costs, identifying the sand production phenomenon prior to locating a new well is highly important. Land subsidence would occur in areas with fine-grain aquifers as a consequence of high water depletion. Furthermore, the sand production phenomenon is also related to the fine-grain aquifer. First, the land subsidence was estimated in Alborz province using Sentinel-1 satellite images from 2017 to 2021. Then, the relationship between sand production and the land subsidence phenomenon was investigated using the existing field evidence in southern parts of Savojbolaq. Also, the information on some wells with sand production phenomenon was compared with land subsidence maps. Finally, the Jaccard coefficient was employed to identify the similarity between land subsidence and sand production maps. The results indicated that the maps were identical at the level of the Jaccard coefficient of 65%. In other words, the wells in the high-risk land subsidence area could suffer from the sand production phenomenon with a probability of 65%.

    Keywords: Fine grain aquifer, Land Subsidence, sand production, Water well, Jaccard coefficient
  • Soheila Mohtashami, Zahra Aghashariatmadari * Pages 2429-2444

    Considering the importance of water in the agricultural sector, it is necessary to know the usable or effective amount. Therefore, in this research, using remote sensing and implementing the Surface Energy Balance Algorithm (SEBAL) on 28 images from Landsat 8 for the crop years 2014 to 2022 in During the growth period of dry wheat in fields of Khomein city, the rate of evapotranspiration and effective rainfall were estimated. The accuracy of SEBAL has been evaluated with Penman-Monteith and pan evaporation methods, and then the results obtained with experimental methods of effective rainfall estimation have been compared and their relative error (RE) has been estimated. The results showed that the USDA method with a RE of 12.2% had the lowest error and the FAO with a RE of 60% had the highest error compared to the SEBAL.

    Keywords: Effective Rainfall, Evapotranspiration, Landsat, SEBAL
  • AmirHossein Asadian, Seyed Shahab Emamzadeh * Pages 2445-2462

    Cavitation is one of the failure factors of spillways, which requires risk zoning to control this phenomenon. In this research, to obtain a method for zoning the risk of cavitation, the spillway information of Surk dam in Chaharmahal Bakhtiari province  was used. In the modeling process, first, the geometric model of the overflow was constructed and after meshing and applying boundary conditions, flow analysis was done. The cavitation index was calculated in 18 sections according to the values of flow velocity and height, chute slope, and other necessary parameters. The results of Flow-3D software for qualitative assessment of the cavitation risk situation in Surk dam spillway are of appropriate accuracy; Thus, the RMSE error of pressure 0.26×10-2 pascal and velocity 0.23×10-2 m/s was obtained compared to the laboratory results. Also, parameters affecting the reduction of cavitation such as roughness and aeration were investigated. The results showed that there is a possibility of cavitation and damage caused at a distance of 70 to 95 meters from the crest of spillway. The results of the sensitivity analysis showed that the use of a uniform roughness of 2.5 mm and aeration during the chute increases the cavitation index. This roughness moves the cavitation areas to the downstream sections of the spillway. Also, by creating a roughness of 1.5 mm in two end sections 99.75 and 105  meters from  the crest of spillway, the results of the nearest neighbor algorithm (NNA) showed a more critical state than the Flow-3D model. By applying a roughness of 2.5 mm, in the two end sections of 42 and 89.25 meters from the crest of spillway, the NNA showed a more critical state than the Flow-3D model, which means that these areas are more vulnerable to the cavitation phenomenon.

    Keywords: Surk Dam, Flow3D, Cavitation, Nearest Neighbor Classification Algorithm, Chute spillway