فهرست مطالب

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و سوم شماره 11 (پیاپی 83، بهمن 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/18
  • تعداد عناوین: 15
|
  • پروین خسروی، محبوبه جلالی*، حمیدرضا متین فر، شیرین هفت برادران اصفهانی صفحات 2463-2476

    سلنیوم یکی از عناصر ضروری کم مصرف برای انسان است. از آنجایی که میزان سلنیوم موجود در گیاه با مقدار آن در خاک ارتباط دارد و همچنین عوامل فیزیکی و شیمیایی خاک بر میزان سلنیوم جذب شده توسط گیاه در خاک تاثیر می گذارد؛ بنابراین بررسی ارتباط بین جذب سلنیوم توسط گیاه و ویژگی های فیزیکی و شیمایی خاک بسیار مهم است. در این مطالعه، ابتدا روش های مختلف استخراج سلنیوم جهت تعیین غلظت آن در خاک و گیاه برنج در دشت سیلاخور استان لرستان در سال 1400 بررسی و سپس همبستگی بین ویژگی های خاک و میزان سلنیوم خاک و جذب آن توسط دانه برنج مورد بررسی قرار گرفت. در ادامه، ارتباط بین ویژگی هایی از خاک که با میزان سلنیوم گیاه، همبستگی معنی داری داشت با میزان سلنیوم موجود در دانه بررسی شد. نتایج نشان داد که سلنیوم قابل استخراج با عصاره گیر مونو پتاسیم فسفات (KH2PO4)  همبستگی معنی داری با سلنیوم قابل جذب گیاه داشت   و می تواند به عنوان عصاره گیر برتر جهت استخراج سلنیوم قابل جذب توسط گیاه در خاک استفاده شود. همبستگی معنی داری بین سلنیوم خاک و برخی خصوصیات خاک مثل میزان کربن آلی (*547/0-)، میزان کربنات کلسیم (**648/0)، درصد رس (*519/0-) و غلظت سولفات (*275/0-) مشاهده شد. ضریب رگرسیون بین ویژگی های خاک و سلنیوم خاک و گیاه به ترتیب 72/0 و 68/0 بود. غلظت سلنیوم دانه برنج در منطقه بین 016/1 تا 985/1 میلی گرم بر کیلوگرم بود. همچنین غلظت سلنیوم قابل جذب در خاک های این منطقه بین 17/0 تا 52/0 میلی گرم بر کیلوگرم بود که نشان دهنده این است که در خاک های زیر کشت برنج در دست سیلاخور استان لرستان کمبود سلنیوم وجود ندارد.

    کلیدواژگان: برنج، خصوصیات خاک، سلنیوم قابل استخراج، سلنیوم خاک
  • اصغر رحمانی، فریدون سرمدیان*، حسین عارفی صفحات 2477-2499

    در پژوهش حاضر به مقایسه کارایی رویکردهای یادگیری عمیق و روش های یادگیری ماشین به منظور تهیه نقشه کلاس های خاک پرداخته شد. جهت تحقق این هدف از اطلاعات حاصل از 278 خاکرخ مشاهداتی، و متغیرهای ژیومورفومتری حاصل از مدل رقومی ارتفاع ، باندها و شاخص های مستخرج از ماهواره های سنتیل 1 و 2 در فرآیند مدلسازی استفاده گردید.مدل یادگیری عمیق در محیط آنلاین Google Collaboratory و مدل جنگل تصادفی (نماینده یادگیری ماشین)  با استفاده از تابع "rf" در بسته “caret” در محیط RStudio بر مبنای 80 درصد داده ها و اندازه پنجره های 3 ،5 ،7 ،9 ،15 و21  اجرا  شد. مدل ها با 20 درصد باقی مانده داده ها بر اساس دو شاخص صحت عمومی و F1-Score اعتبارسنجی گردیدند. عدم قطعیت پیش بینی نیز با استفاده از نقشه های احتمال هر زیرگروه و شاخص آنتروپی محاسبه گردید. صحت عمومی پیش بینی دو مدل یادگیری عمیق و جنگل تصادفی در اندازه پنجره بهینه 15×15 به ترتیب 43 و 50 درصد برای به دست آمد. نتایج نشان داد که زیرگروه Typic Calcixerepts با افزایش اندازه پنجره محاسباتی از 3 تا 9 و 15 روند افزایشی در شاخص F1-Score و پس از رسیدن به قله یک روند کاهشی مشاهده گردید. میزان شاخص F1-score این زیرگروه در دو مدل به ترتیب مقادیر 69 و 77 درصد به دست آمد. به طور کلی مدل یادگیری عمیق با وجود تعداد محدود خاکرخ های مشاهداتی توانسته در پیش بینی کلاس های پیش بینی قابل قبولی را ارایه نماید و با وجود اختلاف اندک در شاخص صحت عمومی با مدل جنگل تصادفی، نقشه های نهایی کلاس های زیرگروه خاک با عدم قطعیت کمتری پیش بینی نماید.

    کلیدواژگان: کلاس خاک، یادگیری ماشین، شبکه عصبی کانولوشن، اثر مقیاس
  • بهروز صالحی اسکندری*، مینا شهبازی گهرویی صفحات 2501-2513
    سرب (Pb) یکی از فلزات سنگین غیرضروری و سمی برای گیاهان محسوب شده که قسمت عمده آلودگی ناشی از آن، حاصل استخراج از معادن، فعالیت های صنعتی و استفاده از سوخت های فسیلی است. برخی از گیاهان فلزدوست که اغلب از خانواده کلم هستند قادرند در خاک های آلوده به فلزات سنگین رشد کنند. هدف از این مطالعه ارزیابی مقاومت و انباشت سرب گونه ی فلزدوست شب بو (Matthiola flavida) جمع آوری شده از اطراف معدن سرب و روی ایرانکوه اصفهان است که با گونه غیرفلزدوست (Matthiola incana) آن برای گیاه پایی مقایسه شده است. گیاهان غیرفلزدوست و فلزدوست شب بو به محیط های هیدروپونیک منتقل شدند و پس از رشد رویشی مناسب به مدت 14 روز در معرض تیمارهای صفر، 10، 50، 100، 150 میلی گرم در لیتر سرب قرار گرفتند. نتایج نشان داد با افزایش غلظت سرب رشد هر دو گونه کاهش یافت ولی همواره این کاهش رشد در گونه غیرفلزدوست بیشتر بود به طوری که در بالاترین سطح تنش، وزن خشک اندام های هوایی و ریشه گونه فلزدوست نسبت به گروه شاهد به ترتیب کاهش 1/7 و 8/28 درصدی داشت اما در گونه غیرفلزدوست این کاهش 9/69 و 8/60 درصدی بود. با افزایش غلظت سرب در محیط میزان سرب در ریشه هر دوگونه افزایش یافت اما میزان سرب در ریشه و انتقال آن به اندام های هوایی گونه فلزدوست نسبت به گونه غیرفلزدوست در پایین ترین سطح تنش، بیش از 4 برابر بود که با افزایش غلظت سرب کاهش یافت. بنابراین مکانیسم های سازگاری گونه فلزدوست، توانایی کنترل انتقال سرب به اندام های هوایی در غلظت های مختلف است که آن را برای رویش درمناطق آلوده به سرب مناسب کرده است.
    کلیدواژگان: انباشت، رشد، Pb، خانواده کلم، فلزات سنگین
  • فریبا احمدی دهرشید، مهدی یاسی، مجید حیدری* صفحات 2515-2531

    پوشش گیاهی نقش اساسی در تغییر خصوصیات جریان آبراهه های طبیعی مانند رودخانه ها دارد. مدلسازی کارآمد هیدرولیک جریان در آبراهه مرکب با سیلابدشت های دارای پوشش گیاهی برای درک و تعیین فرآیندهای طبیعی جریان ضروری است. آبراهه های طبیعی و یا انسان ساخت اغلب دارای پوشش گیاهی گوناگون با تراکم و ارتفاع های متفاوت هستند. هدف اصلی این پژوهش بررسی تاثیر پوشش گیاهی لایه ای بر خصوصیات جریان در آبراهه مرکب با استفاده از مدل FLOW-3D می باشد. نتایج مدل عددی با نتایج نظیر از مدل فیزیکی تحقیق  Takuya et al., (2014)واسنجی و تایید شده است. آزمایش ها در سال 2014 در آزمایشگاه هیدرولیک دانشگاه ملی فناوری آکاشی در ژاپن، و در یک کانال ذوزنقه ای مستقیم به طول 8/4 متر و عرض 8/0 متر انجام یافت. خطای برآورد مدل برای سرعت متوسط عمقی بترتیب در مرحله واسنجی در دامنه 4 تا 6 درصد بود، که در مرحله تایید مدل به حدود 5/1 درصد کاهش یافت. متوسط خطای برآورد عمق آب نیز در حدود 3 درصد بوده است. در شبیه-سازی الگوی جریان، تطابق خوبی بین نتایج مدل عددی با نتایج مدل فیزیکی وجود دارد. نتایج شبیه سازی مدل نشان داد که برای شرایط سیلاب های بزرگتر که پوشش گیاهی در سیلابدشت مستغرق می شود، پروفیل عمودی سرعت در سیلابدشت بصورت S شکل است. در حالی که در شرایط سیلاب های کوچکتر یا زمانی که پوشش گیاهی کوتاه و بلند غیرمستغرق باشند، پروفیل سرعت عمودی دارای توزیع نسبتا یکنواخت یا لگاریتمی است. مقاومت ناشی از حضور پوشش گیاهی در سیلابدشت ها سبب کاهش سرعت جریان در ناحیه سیلابدشت رودخانه، و همچنین افزایش ظرفیت انتقال بده جریان در آبراهه اصلی می گردد.

    کلیدواژگان: پروفیل سرعت، پوشش گیاهی لایه ای، لایه اختلاط، مدلسازی عددی، مدل فیزیکی
  • مصطفی میرمهدی، مجتبی شوریان*، احمد شرافتی صفحات 2533-2549
    در سال های اخیر تغییراقلیم ناشی از افزایش دما، از جمله مسایل مهم زیست محیطی بوده است که اثرات قابل توجهی بر منابع آب شیرین گذاشته است. هدف از این تحقیق بررسی سازگاری منابع و مصارف آب موجود با تغییر در سطح و الگوی کشت و تحلیل نیازهای پایین دست سد مخزنی مارون تحت اثر تغییر اقلیم می باشد. به منظور بررسی اثر تغییر اقلیم بر بارش، دما و جریان ورودی به سد مارون در سه دوره ی (2021-2040)، (2041-2060) و  (2061-2080) از پنج مدل گردش عمومی جو MIROC-ESM، MPI-ESM-MR، HadGEM2-ES، EC-EARTH و GFDL-ESM2M ، تحت تاثیر چهار سناریو انتشار گاز گلخانه ای RCP2.6، RCP4.5، RCP6 و RCP8.5  استفاده شد. در مرحله نخست اثرات تغییر اقلیم بر میزان جریان ورودی به سد مارون با استفاده از مدل SWAT شبیه سازی شد. برای واسنجی و اعتبارسنجی SWAT از داده های جریان ماهانه اندازه گیری شده در ایستگاه ایدنک و ایستگاه تنگ تکاب استفاده شد. شاخص نش-ساتکلیف ایستگاه ایدنک در مرحله واسنجی 69/0 و اعتبارسنجی 65/0 و در ایستگاه تنگ تکاب بهبهان در مرحله واسنجی  67/0 و اعتبارسنجی 59/0 به دست آمد. برای شبیه سازی جریان در دوره های آینده، بارش و دمای هوا تحت چهار سناریو ذکر شده با استفاده از مدل LARS-WG ریزمقیاس گردید و با ورود داده های بارش و دمای ریزمقیاس شده به مدل SWAT، جریان ورودی به سد شبیه سازی شد. نتایج نشان داد که اگر چه میزان بارش در منطقه افزایش داشته اما افزایش دما در این حوضه اثر بیشتری در کاهش میزان جریان داشته است. جریان ورودی سد مارون در دوره حاضر و آینده به عنوان یکی از ورودی های مهم مدل MODSIM استفاده شدند. با جمع آوری سایر اطلاعات مورد نیاز، تخصیص آب به هر نیاز در هر دوره انجام شده و شاخص عملکردی اطمینان پذیری محاسبه شد. بر اساس نتایج حاصله، تغییر اقلیم بر تخصیص آب به نیازهای موجود اثرگذار بوده به گونه ای که میانگین تخصیص صورت گرفته به نیازها را حداقل 2% و حداکثر 6.25% نسبت به وضع موجود کاهش خواهد داد در این مقاله تلاش شده است با تغییر در الگوی کشت، سطح زیر کشت و شاخص اعتماد پذیری در وضع موجود را حفظ کرد. در این شرایط در دسته B3 به عنوان سخت ترین اثرگذاری شرایط تغییر اقلیم، می توان با کاهش 9% سطح کشت یونجه، 15% سطح کشت ذرت دانه ای پاییزه، 17% سطح کشت گندم، 5% سطح کشت سیب زمینی، و افزایش 9% سطح کشت جو و کنجد، 15% سطح کشت ذرت علوفه ای پاییزه، 17% سطح کشت گوجه فرنگی و 5% سطح کشت باقلا، شرایط فعلی را از نظر سطح زیر کشت و شاخص اعتمادپذیری حفظ کرد.
    کلیدواژگان: سازگاری، تغییر اقلیم، برنامه ریزی منابع آب
  • هما دارابی، محمدمهدی چاری*، پیمان افراسیاب، حلیمه پیری، پریسا کهخا مقدم صفحات 2551-2564

    روش فایو پن من-مانتیث به عنوان روش استاندارد، به داده های هواشناسی زیادی نیاز دارد. تهیه دقیق این داده ها در تمامی مناطق امکا ن پذیر نیست درنتیجه روش های جایگزین که به داده های کمتری نیاز دارند مورد بررسی قرار می گیرند. روش پریستلی- تیلور به داده های هواشناسی کم نیاز دارند و کاربرد آن ها در مناطقی که داده های هواشناسی در دسترس نیست می تواند مفید باشد. منطقه سیستان در جنوب شرقی ایران یکی از مناطقی است که با توجه به بادهای 120 روز و تغییرات دمایی بالای شبانه روز در ایران منحصربه فرد است. هدف از این تحقیق ارزیابی تبخیر-تعرق روش پریستلی تیلور در مقایسه با روش پنمن- مونتیث فایو در منطقه بادخیز سیستان و اصلاح این معادله با توجه به شرایط باد برای منطقه سیستان می باشد. برای این منظور از داده های 30 سال هواشناسی در منطقه سیستان استفاده شد. ضریب معادله پریستلی-تیلور (α_PT) یکی از مهم ترین پارامترهای این معادله است که در ارزیابی معادله به کار می رود. در معادله اصلی مقدار آن برابر با 26/1 می باشد. نتایج نشان داد که مقدار ضریب تبخیر در معادله اصلی (برابر با 26/1) برای منطقه سیستان مناسب نمی باشد و باید اصلاح شود. مقدار اصلاحی آن بین 02/1 تا 11/6 متغیر بود. میانگین مقدار α_PT برابر با 18/2 به دست آمد که 73% با مقدار معادله اصلی (26/1) متفاوت است. همچنین یک رابطه رگرسیونی بین سرعت باد و α_PT (α_(PT-U2)) ارایه گردید. نتایج نشان می دهد که مقدار تبخیر تعرق به دست آمده با استفاده از α_(PT-U2) با NRMSE برابر با 6/11 درصد شاخص توافق برابر 98 دارای بهترین نتایج است.

    کلیدواژگان: تبخیر-تعرق، پریستلی-تیلور واسنجی، سرعت باد
  • حامد مازندرانی زاده*، سیده مرضیه حسینی صفحات 2565-2582
    سد طالقان تامین کننده اصلی آب مورد نیاز بخش کشاورزی دشت قزوین است. کاهش مقدار آب تخصیص یافته به شبکه آبیاری دشت قزوین از یک سو و عدم اطمینان کشاورزان از قیمت محصولات در هنگام عرضه به بازار که به دلیل وقفه زمانی بین تولید و عرضه محصول به بازار وجود دارد از سوی دیگر سبب شده است که کشاورزان با کاهش آیش و تخلیه منابع آب زیرزمینی به دنبال تامین معیشت خود باشند. در این مطالعه با هدف حفظ منابع آب زیرزمینی و تامین معیشت کشاورزان اقدام به شبیه سازی تراز آب زیرزمینی تحت شش سناریو شامل: 1) تداوم برداشت فعلی بدون افزایش سطح زیر کشت 2) افزایش سطح زیرکشت از طریق کاهش آیش 3) بهینه سازی همزمان الگوی کشت و توزیع آب با پیش بینی قیمت محصولات 4) بهینه سازی همزمان الگوی کشت و توزیع آب با پیش بینی قیمت و کاهش خلاء عملکردی 5) بهینه سازی همزمان الگوی کشت و توزیع آب با پیش بینی قیمت و افزایش راندمان آبیاری 6) بهینه سازی همزمان الگوی کشت و توزیع آب با پیش بینی قیمت، افزایش راندمان آبیاری و کاهش خلاء عملکرد با استفاده از روش پویایی سیستم ها طی سال های 1416- 1381در شبکه آبیاری دشت قزوین شده است. تحلیل حساسیت و واسنجی مدل با استفاده از داده های مشاهداتی تراز آب زیرزمینی طی سال های 1395- 1381انجام شد. نتایج تحلیل حساسیت مدل حاکی از آن است که تغییرات تراز آب زیرزمینی در منطقه مورد مطالعه حساسیت بالایی به ضریب جریان بازگشتی بخش کشاورزی دارد. همچنین نتایج نشان داد متوسط افت سالانه تراز آب زیرزمینی در سناریو یک و دو به ترتیب 1/2 و 4/2 متر خواهد شد که با بهینه سازی همزمان الگوی کشت و توزیع آب با پیش بینی قیمت در سناریو سه، چهار، پنج و شش ضمن تضمین تامین رفاه کشاورزان به طور متوسط سالانه به 6/1، 4/1، 3/1 و 2/1 متر خواهد رسید.
    کلیدواژگان: سناریو، افت، معیشت، راندمان، بهره برداری
  • سامان ملک نیا، علی خانمیرزایی*، محبوبه مظهری، شکوفه رضایی، مسعود سلطانی صفحات 2583-2595

    پژوهش های اخیر، تاثیر شوری منابع آب و خاک بر فراهمی زیستی کادمیوم را نشان داده است. در این پژوهش اثر منابع مختلف شوری شامل کلریدسدیم، سولفات سدیم و کلریدکلسیم بر انتقال کادمیوم در دو خاک متفاوت مورد بررسی قرار گرفت. ستون های خاک با ارتفاع 50 و قطر درونی 10 سانتی متر در مدت 10 روز تحت آبشویی محلول کادمیوم با غلظت 100 میلی گرم در لیتر به همراه نمک-های مختلف کلریدسدیم، سولفات سدیم و کلریدکلسیم با غلظت 100 میلی اکیوالنت در لیتر قرار گرفت. غلظت کادمیوم در زه آب بیرون آمده از ستون در سه عمق 3، 7 و 50 سانتی متر اندازه گیری و نتایج مورد بررسی قرار گرفت. شبیه سازی گونه های شیمیایی کادمیوم محلول توسط نرم افزار Visual MINTEQ انجام گرفت. بودن نمک ها به همراه محلول کادمیوم باعث تحرک بیشتر و خروج مقادیر بیشتر کادمیوم نسبت به خاک شاهد گردید. در بین تیمارهای شوری، تیمار کلریدکلسیم با میانگین 6/19 میلی گرم در لیتر بیشترین و تیمار سولفات سدیم با 1/6 میلی گرم در لیتر کمترین مقادیر کادمیوم خروجی را داشتند. تیمارهای دارای کلر به دلیل تشکیل کمپلکس-های کلر-کادمیوم تاثیر بارزتری در خروج کادمیوم در ستون خاک داشتند. شبیه سازی کادمیوم محلول در تیمارهای دارای کلر نشان داد که گونه های CdCl+  و CdCl2 (aq) بیش از 80 درصد گونه های موجود در زه آب را تشکیل می داد در صورتی که در تیمار دارای سولفات سدیم این نسبت در اختیار دو گونه Cd (SO4)2-2 و Cd (SO4)(aq)  بود. به طورکلی شرایط شوری متاثر از یون کلر در اراضی آلوده به کادمیوم می تواند پتانسیل ورود این فلز سمی به منابع آب و زنجیره غذایی را افزایش دهد.

    کلیدواژگان: شوری، کادمیوم، گونه بندی شیمیایی، همدمای جذب سطحی
  • منصوره بایرام، مهدی همایی**، علی مختصی بیدگلی صفحات 2597-2611

    تنش آبی یکی از مهم ترین تنش های محدودکننده ی رشد و عملکرد گیاهان به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک است. بهترین راهکار برای مواجهه با تنش آبی، انتخاب گیاه سازگار به کم آبی است که بر پایه روش های مطمین غربالگری از جمله پلی اتیلن گلایکول (PEG) صورت می گیرد. در این پژوهش به منظور ارزیابی مدل های تخمین گر و بررسی کمی پاسخ کاملینا به سطوح آبی در مرحله ی جوانه زنی، مدل های کم آبی فدس و همکاران (F)، ون گنوختن (VG)، دیرکسن و آگوستین (DA) و همایی (H)  با هم مقایسه شدند. تجزیه وتحلیل داده ها با استفاده از نرم افزار SAS انجام شد. آزمایش ها در قالب طرح کاملا تصادفی در پتری دیش در سال 1398 با سه تکرار در دانشگاه تربیت مدرس انجام شد. تیمارهای آبی شامل شش پتانسیل ماتریک 0 (شاهد بدون تنش)، 3000، 6000، 9000، 12000، 15000، 18000 سانتی متر بودند. پارامترهای جوانه زنی با استفاده از بسته SeedCalc در نرم افزار R محاسبه و از MATLAB برای کد نویسی و برازش مدل ها استفاده شد. حد آستانه ی تحمل به کم آبی شاخص های سرعت جوانه زنی (GSI)، میانگین طول گیاهچه (M-SL)، میانگین نسبت ریشه چه به ساقه چه (Razao) و بنیه بذر SV-S)) به ترتیب در تیمارهای شاهد، 6000 ،3000  و3000 سانتی متر بدست آمد. بر پایه پتانسیل های بدست آمده برای هر چهار شاخص جوانه زنی مورد بررسی، کاملینا گیاهی بسیار مقاوم به کم آبی است. در هر چهار شاخص GSI، M-SL ، SV-S و Razao مدل H به دلیل RMSE کوچک تر و EF بزرگ تر عملکرد بهتری ارایه داد. بیشترین مقدار پارامترهای GSI، Razao، M-SL، طول ساقه چه و طول ریشه چه به ترتیب در پتانسیل های شاهد، 3000، 6000، 3000 و 6000 سانتی متر بدست آمد که نشان دهنده مناسب بودن کشت کاملینا در مناطق تحت تنش آبی می باشد.

    کلیدواژگان: بنیه بذر، جوانه زنی، حد آستانه کاهش، کم آبی، دانه های روغنی
  • سید محمدتقی سدیدی شال، زهرا امین دلدار، ابراهیم اسعدی اسکویی*، جلیل هلالی صفحات 2613-2624

    خاک به عنوان بستر رشدونمو گیاهان تاثیر مهمی بر تولید محصولات کشاورزی دارد. از سوی دیگر، این بخش از بوم سامانه تحت تاثیر عوامل اقلیمی قرار دارد. هدف این مطالعه در وهله اول بررسی ارتباط بین متغیرهای هواشناسی با دمای اعماق مختلف خاک و سپس استفاده از مهم ترین عامل موثر در آن با استفاده از روش رگرسیونی بدون نیاز به مدل های پیچیده تر در ایستگاه های استان گیلان بود. بنابراین، ارتباط بین داده های هواشناسی شامل دمای هوا در ارتفاع دو متری، ابرناکی، ساعات آفتابی، بارندگی، رطوبت نسبی، تبخیر و سرعت باد با دمای خاک اعماق 5، 10، 20، 30، 50 و 100 سانتی متری در ایستگاه های مختلف استان گیلان در دوره 10 ساله از 2009 تا 2018 میلادی در مقیاس روزانه به روش تحلیل همبستگی بررسی شد. در نهایت مدل سازی دمای اعماق مختلف با روش رگرسیونی انجام شد که 70 و 30 درصد داده ها به ترتیب به منظور واسنجی و صحت سنجی مورد استفاده قرار گرفت. بررسی ها نشان داد که از بین کلیه متغیرهای مستقل مورد استفاده عامل میانگین روزانه دمای هوا در ارتفاع 2 متری بیشترین همبستگی را با دمای خاک در اعماق مختلف ایستگاه های مورد مطالعه داشته است که این همبستگی در ایستگاه های مختلف بین 71/0 تا 97/0 متغیر است. نتیجه نهایی مشخص نمود روابط رگرسیونی به دست آمده در سطح معنی داری 5 درصد می توانند در تخمین دمای اعماق مختلف خاک به خصوص اعماق سطحی تر دقت قابل قبولی ارایه نمایند به طوری مقادیر RMSE بین 7/1 تا 9/4 درجه سلسیوس و مقادیر ضریب تعیین بین 62/0 تا 96/0 متغیر است.

    کلیدواژگان: دمای خاک، متغیرهای اقلیمی، رگرسیون تک متغیره
  • حسین رفیعی، محبوبه ضرابی*، شهریار مهدوی صفحات 2625-2641

    در خاک های آهکی غالبا کمبود فسفر وجود دارد. به منظور بررسی اثر ماده آلی و گوگرد عنصری بر فراهمی و توزیع فسفر در دو خاک آهکی با بافت (لوم رسی و شنی لومی) و غلظت آهن و آلومینیوم کل متفاوت، مطالعات انکوباسیونی به مدت دوازده هفته در آزمایشگاه خاکشناسی دانشگاه ملایر در سال 1398 انجام شد. تیمارها شامل تیمار ساده کود گوسفندی (کود آلی) (صفر و دو درصد)، گوگرد عنصری (صفر، 25/0 و 5/0 درصد) و تیمار های تلفیقی کود آلی و گوگرد عنصری در حضور باکتری تیوباسیلوس می باشد. هر هفته غلظت فسفر فراهم خاک های شاهد و تیمار شده و همچنین در انتهای دوره انکوباسیون، EC، pH، درصد کربنات کلسیم معادل و گچ و اجزاء معدنی فسفر اندازه گیری شد. در انتهای دوره انکوباسیون در هر دو خاک تیمارشده، EC و درصد گچ افزایش یافت. حضور کود آلی باعث کاهش درصد گچ و افزایش غلظت فسفر فراهم خاک ها شد. در خاک لومی رسی تیمار شده با سطوح 25/0 و 5/0 درصد گوگرد عنصری، افزودن کود آلی، باعث کاهش سرعت تغییر شکل فسفر (ضریب b معادله توانی)، به ترتیب از 226/0 به 153/0 و از 168/0 به 154/0 میلی گرم بر کیلوگرم در هفته و در خاک شنی لومی باعث افزایش، به ترتیب از 129/0 به 161/0 و از 125/0 به 184/0 میلی گرم بر کیلوگرم در هفته شد. در هر دو خاک، تیمارهای ساده و تلفیقی موجب افزایش جزء دی کلسیم فسفات و کاهش جزء اکتاکلسیم فسفات و تیمار تلفیقی موجب کاهش جزء آپاتیت شد. در خاک شنی لومی، تیمارهای ساده و تلفیقی باعث افزایش جزء فسفات آلومینیوم شد. نتایج نشان داد در هر دو خاک، تیمار تلفیقی کود آلی با 25/0 درصد گوگرد عنصری موجب افزایش فراهمی فسفر شد و با وجود تثبیت فسفر در خاک شنی لومی، به دلیل آهن و آلومینیوم کل زیاد، ماده آلی باعث افزایش فراهمی فسفر این خاک شد.

    کلیدواژگان: خاک آهکی، فراهمی فسفر، گچ، گوگرد عنصری، ماده آلی
  • علی محمد گلابینی، علی افروس*، مهدی اسدی لور، علی عصاره، حسین فتحیان صفحات 2643-2654

    برای تعیین واکنش رودخانه بر ورود آلاینده ها استفاده از مدلهای ریاضی ضروری است. این مدلها قادرند اثر آلاینده های موجود و آتی را شبیه سازی نموده و تصمیمگیری های مرتبط را تسهیل می نمایند. در این مطالعه به منظور بررسی کیفیت آب رودخانه دز در جنوب غربی ایران و شبیه سازی اثر زهکش های اصلی تغذیه کننده آن بر کیفیت رودخانه از مدل هیدرولیکی  HEC-RAS استفاده شد. در این راستا مسیر رودخانه از محل سد انحرافی تا پایین دست زهکش لوره (بحرانیترین بازه رودخانه دز از نظر آبدهی) پیمایش و هفت ایستگاه نمونه برداری در طول رودخانه و شش ایستگاه در محل ورود زهکشها به رودخانه شناسایی و نمونهبرداری کیفی طی یک دوره هفت ماهه از اسفند ماه 1396 تا شهریور ماه 1397 برداشت و آنالیز شد. نمونه های کیفی اندازهگیری شده با مقادیر شبیه سازی شده با استفاده از مدل HEC RAS و شاخص کیفیت استاندارد NSFWQI  مقایسه شد. نتایج شبیه سازی به دست آمده بیانگر عدم خودپالایی پارامترهای کیفی در این بازه رودخانه دز طی دوره زمانی هفت ماهه مورد مطالعه، به دلیل ورود زهابها و دبی پایین رودخانه میباشد. همچنین در این بازه زمانی که مصادف با شرایط خشکسالی رودخانه بوده، نتایج آنالیز پارامترهای اندازهگیری شده توسط شاخص NSFWQI حاکی از آن است که در نیمه اول بازه رودخانه شاخص کیفیت کمتر از 68 و بیانگر کیفیت متوسط بوده و در نیمه دوم بازه رودخانه شاخص کیفیت کمتر از 50 و بیانگر کیفیت بد می باشد. این روند کاهشی شاخص کیفیت، با روند متغیرهای کیفی شبیه سازی با مدل HEC-RAS همخوانی داشته و حاکی از عدم خودپالایی نسبی رودخانه در بازه مورد مطالعه می باشد.

    کلیدواژگان: رودخانه، شبیه سازی هیدرولیکی و کیفی آب، شاخص ملی کیفیت، مدل هکرس
  • مرضیه کیهان پناه، علی نجفی نژاد*، حمیدرضا پورقاسمی، علی محمدیان بهبهانی صفحات 2655-2670
    برآورد رسوب دهی آبخیز، یک فرآیند مهم در مدیریت آبخیز است. به دلیل محدودیت اطلاعات تولید رسوب در آبخیزهای کوچک، روش هایی تجربی برای برآورد مقادیر آن در آبخیزهای مختلف توسعه داده شده است. اتصال رسوبی یکی از مشخصه های مهم تولید رسوب حوضه است و برای تخمین بهتر با نسبت تحویل رسوب (SDR) مقایسه می شود. هدف از پژوهش حاضر مقایسه و ارزیابی تغییرات مکانی مقادیر SDR و شاخص اتصال در مقیاس آبخیز کوچک است. این مطالعه در آبخیزمارچشمه استان سمنان با مساحت 2418 هکتار، انجام گردید. در خروجی این آبخیز یک بند خاکی توسط مدیریت آبخیزداری سازمان جهاد سازندگی سابق استان (1373)، احداث شده و در آبخیز بالادست آن هیچ گونه عملیات آبخیزداری اجرا نشده است. در سال 1391 توسط مرکز تحقیقات استان سمنان مقدار رسوب به تله افتاده در پشت بند اندازه گیری شد. لازم به ذکر است تا زمان اندازه گیری رسوب تمامی رسوب رسیده به خروجی آبخیز در مخزن بند به تله افتاده و رسوبی از بند سرریز ننموده است. بااستفاده از مقدار رسوب اندازه گیری شده، واسنجی مدل WaTEM/SEDEM برای محاسبه SDR انجام شد و مقادیر SDR برای کل حوضه به صورت توزیعی برآورد شد. نقشه توزیعی شاخص اتصال رسوبی تهیه شد. بیش ترین مقدار نقشه SDR نزدیک به 5/0 و کمترین مقدار آن نزدیک به صفر و شاخص اتصال رسوبی از 71/6- تا 04/3 متغیر بود. براساس هر دو شاخص SDR و IC، نزدیک خروجی آبخیز میزان تحویل رسوب و انتقال رسوب بیشتر از میانگین کل آبخیز است؛ اما در قسمت های شمالی آبخیز، تمرکز حوضه بر تحویل و انتقال رسوب نیست. در نظر گرفتن این دوشاخص و نحوه پراکندگی آنها می تواند برای اولویت بندی مناطق ازنظر مدیریت فرسایش خاک و رسوب مورد اهمیت باشد. این مطالعه، کاربرد به روز داده های دردسترس و توسعه ی پتانسیل تحلیل آنها را نشان می دهد.
    کلیدواژگان: اتصال ساختاری رسوب، نسبت تحویل رسوب، مدل WaTEM، SEDEM
  • سید عرفان خاموشی، فریدون سرمدیان*، محمود امید صفحات 2671-2681

    بررسی ذخایر کربن آلی خاک  (SOCS) در زمین های کشاورزی و نقش عوامل موثر بر تغییرپذیری آن و مدل سازی رقومی برای پیش بینی سناریوهای احتمالی ذخایرکربن در آینده مهم است. هدف از این مطالعه بررسی تنوع مکانی و برآورد مقدار کربن آلی ذخیره در عمق 100 سانتی متری بر اساس دو نسل از مدل های یادگیری ماشین در بخشی از دشت قزوین است.  محتوای کربن آلی خاک، 211 نمونه خاک که اطلاعات آن از قبل جمع آوری شده و موجود بود استخراج گردید. از متغیرهای محیطی، 11 متغیر برپایه مدل رقومی ارتفاع و 25 شاخص طیفی مستخرج از تصاویر ماهواره های لندست 8 و سنتینل 2 با قدرت تفکیک مکانی 10 متر استفاده شد. علاوه بر این، مجموعه داده ها به دو بخش تقسیم شد: 70 درصد از داده ها به عنوان آموزش و 30 درصد از داده ها برای اعتبارسنجی مدل انتخاب شدند. جهت مدل سازی کربن ذخیره آلی در منطقه مورد مطالعه از دو مدل جنگل تصادفی (RF) و جنگل تصادفی کوانتایل  (QRF) استفاده شد. نتایج اعتبارسنجی نشان داد که استفاده از مدل QRF ضریب تعیین بالاتری نسبت به مدل RF دارد. با توجه به نتایج اهمیت نسبی متغیرهای محیطی، پارامترهای مدل رقومی ارتفاع و عمق دره نسبت به سایر متغیرها در مدل سازی فضایی SOCS اهمیت بیشتری دارند. به طور کلی، پیشنهاد می شود که در فرآیند مدل سازی ویژگی های ثانویه خاک، به بررسی مدل های هیبریدی پرداخته شود.

    کلیدواژگان: یادگیری ماشین، کربن آلی ذخیره خاک، سنجش از دور، متغیر محیطی
  • محمد شمسی، تیمور سهرابی**، جواد بذرافشان صفحات 2683-2699
    تغییر اقلیم با تاثیر بر دما و بارندگی بر کشاورزی تاثیر می گذارد. برآورد این تاثیر از جهت تغییر سیاست گذاری ها در زمینه کشاورزی اهمیت دارد.  هدف از این تحقیق، برآورد تغییرات نیاز آبی و متعاقب آن، نیاز خالص آب آبیاری و عملکرد چغندرقندتحت تاثیر تغییر اقلیم در آینده در کرج می باشد.در این پژوهش از اطلاعات اقلیمی ایستگاه هواشناسی واقع در محمدشهر کرج در دوره 2014-1970 و اطلاعات گیاهی مزرعه تحقیقاتی چغندرقند واقع در مهرشهر کرج استفاده شد. اطلاعات اقلیمی آینده در دوره 2100-2015 از شش مدل اقلیمی تحت سناریوهای خوشبینانه (SSP126)، حدواسط (SSP245) و بدبینانه (SSP585) به روش نگاشت چندکی تجربی برای کرج کوچک مقیاس شدند. اطلاعات دما و بارندگی و تبخیر و تعرق مرجع محاسبه شده با روش هارگریوز-سامانی به مدل گیاهی AquaCrop  داده شدند.نتایج حاکی از آن است که میزان تبخیر و تعرق مرجع تحت سناریوی بدبینانه در دوره انتهایی قرن 21 در کرج تا 8/14 درصد (5/6 درصد تحت سناریو خوشبینانه) افزایش پیدا خواهد کرد. میزان نیاز آبی می تواند تا 8/7 درصد تحت سناریوی بدبینانه (7/3 درصد تحت سناریوی خوشبینانه) افزایش یابد. میزان نیاز آبیاری در دوره آینده تحت سناریوی بدبینانه تا 5/10 درصد (8/5 درصد تحت سناریوی خوشبینانه) افزایش پیدا خواهد کرد. میزان تغییرات مقادیر بیومس و ماده خشک چغندرقند تحت سناریوی بدبینانه در دوره انتهای قرن 21 به ترتیب برابر با 8/11 و 2/19 درصد افزایش (2/4 و 9/5 درصد تحت سناریوی خوشبینانه) خواهد بود. از نتایج این پژوهش می توان در سیاست های انطباقی تغییر اقلیم در زمینه تخصیص آب و تعیین تاریخ کاشت بهینه برای کشت چغندرقند در کرج استفاده نمود.
    کلیدواژگان: چغندر قند، تغییر اقلیم، سناریوی انتشار، عملکرد، نیاز آبیاری
|
  • Parvin Khosravi, Mahboobeh Jalali *, HamidReza Matinfar, Shirin Haftbaradaran Pages 2463-2476

    Selenium is one of the essential micronutrients for human health. Since the amount of selenium in the plant is related to its amount in the soil and also the physical and chemical properties of the soil affect the amount of selenium uptake by the plant, therefore it is important to study the relationship between selenium uptake by the plant and physical and chemical properties of soil. In this study, first, different methods of selenium extraction were investigated to determine selenium concentration in the soil and rice grain in Silakhor plain of Lorestan province in 2021. Then, the correlation between soil properties and soil selenium content was investigated. The results showed that the extractable selenium with phosphate had a significant correlation with selenium uptake by plant (available selenium) and 0.1 M monopotassium phosphate solution (KH2PO4) could be used as the best extractor of selenium in the plant. There was also a significant correlation between soil selenium and some soil properties such as organic carbon content (-0.547*), calcium carbonate content (0.648**), clay percentage (-0.519*) and sulfate concentration (-0.275. The regression coefficient between soil and selenium properties of soil and plant was 0.72 and 0.68, respectively. Selenium concentration of rice grain in the region was between 1.016 to 1.985 mg / kg. Also, the concentration of selenium in the soils was between 0.17 to 0.52 mg / kg, which indicates that there is no deficiency of selenium in rice -cultivated soils in the Silakhor plain of Lorestan province.

    Keywords: Extractable Selenium, rice, Soil characteristics, Soil Selenium
  • Asghar Rahmani, Fereydoon Sarmadian *, Hossein Arefi Pages 2477-2499
    Introduction

    Soil class maps contain useful information that helps stakeholders to understand soil behavior in response to different management programs. As well as, their numerical prediction is dependent on the appropriate scale of environmental variables. Therefore, the current research intends to use the deep learning approach (CNN) and the spatial information of geomorphometric attributes and the sentinel 1/2 satellite images along with band ratios to predict the soil subgroup classes with its uncertainty map. Also, comparing the results of CNN and the random forest (RF) model in prediction of soil classes and different environmental variables was not well documented.

    Material and Methods

    CNN model was runed in the Google Collaboratory online environment and the RF model was performed by the "rf" function in the "caret" package in the RStudio environment. The models were calibrated with 80% of the data set along with six different window sizes and validated according to 20% of rest data based on two indices of overall accuracy (OA) and F1-Score.

    Results and Discussion

    Six covariates i.e., DEM, SWI, WE, SH, MRVBF, DIFF were selected as the most effective variables among 33 geomorphometric attributs, with 12 individual bands and the indices of sentinel 1/2. Totally, 13 soil subgroups including nine from Aridisols, three Inceptisols subgroups and, one Entisols subgroup are recognized in the study area. The overall accuracy for two models with a slightly difference of 7% in the window size (15*15) was observed with 43% and 50% for CNN and RF models, respectively. The CNN model has three patterns (increasing-decreasing), small and large optimal window size, and the same pattern observed in the scaled RF model, too. The OA was zero in all window sizes for the Sodic Xeric Calcigypsids subgroup in the CNN model and the Xeric Calcigypsids, and Typic Xerorthents subgroups in the RF model. In addition, the Xeric Haplocalcids and Xeric Haplogypsids only predicted by the RF model in 3*3 and 5*5 window size, respectively. By increasing the window size from three to nine, and 15, the Typic Calcixerepts shows a mild increasing trend in the F1-Score and also a mild decreasing trend after reaching the peak. The amount of F1-score for Typic Calcixerepts in CNN and RF models was 69% and 77%, respectively. The F1-Score values of Gypsic Aquisalids and Xeric Haplogypsids increase by 30% and 17%, by increasing the window size from three to five, and immediately a sharp downward trend, which indicates the appropriateness of the small window size in order to predict.

    Conclusion

         In general, despite the limited number of observation profiles (n=278), the CNN model provides an acceptable prediction in mapping the soil subgroup classes, and although a slight difference in the overall accuracy with the RF model, while, the CNN presents a lower uncertainty map in comparison to RF. In future studies, this model and its procedure can be used to predict soil class maps in other arid and semi-arid regions.

    Keywords: Soil class, Machine learning, Convolutional Neural Network, Scale Effect
  • Behrooz Salehi-Eskandari *, Mina Shahbazi Gahrouei Pages 2501-2513
    Lead is one of the most abundant and toxic heavy metals which can have lethal effects on plants. The Pb contamination is produced by mining, industrial, activities and fossil fuel burning. Some metallophytes plants belong to Brassicaceae family are able to grow in soils contaminated with heavy metals. The purpose of this study is to evaluate the resistance and lead accumulation of the metallicolous species Matthiola flavida collected from the vicinity of the Irankouh Pb/Zn mine in Isfahan, Iran, which is compared with its non- metallicolous species Matthiola incana to used Pb phytoremediation. Non-metallicolous (Matthiola incana) and metallicolous plants (Matthiola flavida) were transferred to hydroponic mediums and after proper vegetative growth, they were exposed to 0, 10, 50, 100, 150 mg/L treatments of lead for 14 days. The results showed by increasing lead concentration, the growth of both species significantly decreased, but this reduction in growth was always greater in the non-metallicolous species, so that at the highest stress level, the dry weight of shoots and roots decreased in the metallicolous to %7.1 and % 28.8, but in the non-metallicolous to %69.9 and %60.8 in comparison with their control, respectively. With increasing the concentration of Pb in the medium, the accumulation of lead in the roots of both species are enhanced, but Pb concentration in the roots and translocation factor of the metallicolous species compared to the non-metallicolous species was more than 4-folds at the lowest stress level, which decreased with increasing lead concentration. Then, the compatible mechanisms of the metallicolous species have the ability to control the transfer of lead to the shoot in different concentrations, which makes it suitable for growing in lead-contaminated areas.
    Keywords: Accumulation, Brassicaceae, Growth, Heavy metals, Pb
  • Fariba Ahmadi Dehrashid, Mehdi Yasi, Majid Heidari * Pages 2515-2531

    Vegetation plays an essential role in modifying the flow characteristics of natural channels, such as rivers. Efficient hydraulic modeling of flow in compound channels with vegetated floodplains is necessary to understand and identify natural flow processes. In both natural and artificial channels, there are various types of vegetation with differing densities and heights. The main goal of this study is to investigate the effect of double-layered vegetation on flow characteristics in compound channels using the FLOW-3D model. The results of the numerical model have been calibrated and validated with the results of the physical model of the research of Takuya et al., 2014. Experiments were conducted in 2014 in the hydraulic laboratory of the Akashi National University of Technology in Japan, and in a straight trapezoidal channel with a length and width of 4.8 and 0.8 m respectively. During calibration, the model's estimation error for the depth-averaged velocity was within 4 to 6%, which was reduced to approximately 1.5% during validation. The average error in water depth estimation was around 3%. The numerical and physical models showed good agreement in simulating the flow pattern. The numerical model showed that, for larger floods when vegetation is submerged, the vertical profile of velocity in the floodplain is S-shaped. However, during smaller floods or when short and tall vegetation is emergent, the vertical velocity profile is relatively uniform or logarithmic. The resistance caused by the presence of vegetation in the floodplains leads to a decrease in the flow velocity in the floodplain area of the river and an increase in the capacity of flow transfer in the main channel.

    Keywords: Double-layered vegetation, Mixing layer, Numerical Modeling, Physical model, Velocity profile
  • Mostafa Mirmehdi, Mojtaba Shourian *, Ahmad Sharafati Pages 2533-2549
    Climate change is one of the critical environmental issues that has significantly influenced the water resources availability in recent years. The purpose of this research is to investigate the climate change adaptation strategies in Maroon Basin, Iran, to balance the pre-defined water demands and the future supplies by changing the area and pattern of cultivation in the basin. To investigate the impacts of climate change on precipitation, temperature, and inflow to Maroon Dam, simulations of five General Circulation Models (GCMs) namely MIROC-ESM, MPI -ESM-MR, HadGEM2-ES, EC-EARTH, and GFDL-ESM2M were studied at three future periods of 2021-2040, 2041-2060, and 2061-2080. First, Maroon Dam inflow was simulated using the SWAT hydrological model. Then the model was calibrated and validated against monthly flow at the Idanak and Tang-e-Takab hydro-stations. The Nash-Sutcliffe efficiency (NSE) index at Idanak and Tang-e-Takab stations were estimated 0.69 and 0.67 for the calibration and 0.65 and 0.59 for the validation step. The downscaling of precipitation and temperature data under the four RCP scenarios was done using the LARS-WG model. The calibrated SWAT model was forced using the downscaled data to simulate the inflow to the dam during the three future periods. The results showed that the temperature increase projected in the catchment would significantly reduce the runoff formation in the catchment, despite the projected increase in the precipitation. The present and future Maroon Dam inflow were used as essential inputs to the MODSIM model. Water allocation to each requirement in all the periods was done by collecting other necessary information and calculating the reliability performance index. Compared with the current status, on average, allocation to the defined demands will reduce by 2 to 6.25 percent. In this research, an attempt has been made to maintain the cultivated area and reliability index in the current status by altering the cultivation pattern. Therefore, 9% decrease in alfalfa plantation area, 15% decrease in autumn grain maize, 17% decrease in wheat, 5% decrease in potato and 9% increase in barley and sesame, 15% increase in autumn silage maize, 17% increase in tomato, and 5% increase in bean in class B3 (as the most effective climate change conditions), would fulfill the premise of the study to maintain the overall cultivation area and reliability index under the climate change impacts.
    Keywords: adaptation, climate change, Water resources planning
  • Homa Darabi, MohammadMahdi Chari *, Peyman Afrasiab, Halimeh Piri, Parisa Kahkhamoghadam Pages 2551-2564

    The FAO Penman-Monteith method as a standard method requires a lot of meteorological data. The accurate preparation of these data is not possible in all regions; as a result, alternative methods that require less data are investigated. Prestley-Taylor method require a few meteorological data and its application can be useful in areas where meteorological data is not available. The Sistan region in the southeast of Iran is one of the regions that is unique in Iran due to the 120-day winds and high day-night temperature changes. The purpose of this research is to evaluate Prestley-Taylor method compared to the PMF-56 method and to modify this equation according to the wind conditions for the region of Sistan. For this purpose, 30 years of meteorological data in Sistan region were used. The coefficient of Priestley-Taylor equation (α_PT) is one of the most important parameters which is used for evaluation of the equation. The results showed that the value of the evaporation coefficient in the main equation (1.26) for the Sistan region is too low and should be corrected. Its correction value varied between 1.02 and 6.11. The average value of α_PT was equal to 2.16, which is 71% different from the default value (1.26). Also, a regression relationship between wind speed and α_PT was presented. The results show that the amount of evapotranspiration obtained using the correction factor based on the wind speed (α_(PT-U2)) has the best results.

    Keywords: Evapotranspiration, Priestley-Taylor Calibration, wind speed
  • Hamed Mazandarani Zadeh *, Marzie Hoseini Pages 2565-2582
    Taleghan Dam is the main suplier of water required by the agricultural sector of Qazvin plain. Reducing the amount of water allocated to the Qazvin plain irrigation network and uncertainty about the welfare provided by farmers due to the interruption of the time between the production of the crop and its supply to the market, have caused farmers to seek welfare by reducing fallow and draining groundwater resources. In this study, with the aim of preserving groundwater resources and providing livelihood to farmers, the groundwater level in the irrigation network of Qazvin plain is simulated under six scenarios: 1) Continuation of current harvest without increasing cultivated area 2) Increasing cultivated area by reducing fallow 3) Simultaneous optimization of Cultivation pattern and distribution water with price forecasting 4) Simultaneous optimization of water Cultivation pattern and distribution water with price forecasting and reduction of functional vacuum 5) Simultaneous optimization of Cultivation pattern and distribution water with price forecasting and increasing efficiency Irrigation 6) Simultaneous optimization of Cultivation pattern and distribution water with price forecasting, increasing irrigation efficiency and reducing the yield gap using the system dynamics during the years 2002-2037 in Qazvin plain irrigation network. The results showed that the drop in groundwater level under scenario one and two will be on average 1.2 and 2.4 meters per year. Simultaneous optimization of the cultivation pattern and water distribution with price forecasting in scenario three, four and five droped groundwater level to 1.6, 1.4, 1.3 and 1.2 meters annually, while the welfare of farmers is compensated, too.
    Keywords: Scenario, decline, Livelihood, Efficiency, Exploitation
  • Saman Maleknia, Ali Khanmirzaei *, Mahbubeh Mazhari, Shekoofeh Rezaei, Masoud Soltani Pages 2583-2595

    Recent researches have proven the effect of salinity of water and soil resources on the bioavailability of cadmium.In this study, the effect of different sources of salinity including sodium chloride, sodium sulfate and calcium chloride on cadmium transport in two different soils was investigated.Soil columns with a height and inner diameter of 50 and 10 cm, respectively, were subjected to leaching of cadmium solution at a concentration of 100 mg/L along with various salts of sodium chloride, sodium sulfate and calcium chloride at a concentration of 100 me/L for 10 days. The drained solutions were analyzed at three depths of 3, 7 and 50 cm. The simulation of cadmium chemical species in the soil solution was performed using Visual MINTEQ 3.The presence of salinity along with cadmium solution caused more transport and drain of cadmium than the control soil. The highest cadmium concentration drained from the columns was belonged to the soils which received calcium chloride with the mean of 19.6 mg/L whereas the lowest was determined in soil received sodium sulfate with the mean of 6.1 mg/L. Due to the formation of chloro-cadmium complexes, treatments containing chloride had a more obvious effect on the transport of cadmium in the soil columns. The simulation of cadmium speciation in solution containing chloride showed that CdCl+ and CdCl2(aq) account for more than 80% of the cadmium species, while in those containing sodium sulfate, this dominant mainly included two species of Cd(SO4)2- 2 and Cd(SO4)(aq). Generally, salinity conditions affected by chloride ions in cadmium polluted lands can increase the potential of this toxic metal entering water sources and food chain.

    Keywords: Cadmium, Chemical Speciation, salinity, Surface Adsorption Isotherms
  • Mansoure Bayram, Mehdi Homaee *, Ali Mokhtasibidgoli Pages 2597-2611

    Water stress is one of the dominant stresses limiting crop growth and yield, particularly in arid and semi-arid regions. The best strategy to deal with water stress is choosing a water-tolerant plant based on reliable screening methods such as polyethylene glycol (PEG). To evaluate different predictive models and quantitatively investigate camelina response to drought stress during the germination stage, an experiment was conducted in a completely randomized design with three replications. Water stress treatments included six matric potentials of PEG6000: 0 (control, without stress), 3000, 6000, 9000, 12000, 15000, 18000 cm. Germination indicators were calculated using the SeedCalc package in R software and MATLAB was used for programming and models fitting. Water stress models including Feddes et al. (F), van Genuchten (VG), Dirksen and Augustijn (DA) and Homaee (H) were assessed and compared afterwards. Data analysis was performed using SAS software (V. 9.4). The threshold values under germination rate (GSI), mean seedling length (M-SL), mean root-to-stem ratio (Razao) and seed vigor (SV-S)) were then obtained for the control, 6000, 3000 and 3000 cm, respectively. According to these four germination indices, the camelina is very tolerant to water stress. In all four indicators of GSI, M-SL, SV-S and Razao, the H model presented the best performance. The highest values of GSI, Razao, M-SL, stem and root length were obtained at matric potentials of control, 3000, 6000, 3000 and 6000 cm, respectively, indicating the suitability of camelina cultivation in areas under water shortage.

    Keywords: germination, oil seeds, Seed vigor, threshold value, Water shortage
  • Seyed MohammadTaghi Sadidi Shal, Zahra Amin Deldar, Ebrahim Asadi Oskouei *, Jalil Helali Pages 2613-2624

    Soil is the base of plant growth and has a significant effect on agricultural production. On the other hand, this section of the ecosystem is strongly affected by climate factors. The aim of this study was to investigate the relationship between meteorological variables with soil temperature at different depthes and to use the most effective factor for estimation of it  using the regression method without the need for more complex models in stations of Guilan province. Therefore, the relationship between meteorological data including air temperature at 2m-elevation, cloudiness, sunshine hours, rainfall, relative humidity, evaporation, and wind speed with soil temperature at depths of 5, 10, 20, 30, 50, and 100 cm at stations of Guilan province in a 10-year period from 2009 to 2018 was studied by correlation analysis. Finally, a regression equation was developed based on 70 percent of the data and it was validated by another 30 percent of the data to estimate soil temperature at different depths. The results illustrated that among the various independent variables, the average daily temperature at 2m-elevation had the highest correlation with the soil temperature at different depths. The correlation coefficient for different station was 0.70 - 0.97. Finally, it can be concluded that the regression method is an acceptable method for estimation of soil temperature at different depths, especially at shallower depths. So that the RMSE values range from 1.7 to 4.9 ° C and the determination coefficient values range from 0.62 to 0.96.

    Keywords: climatic variables, Soil temperature, univariable regeression
  • Hossein Rafiee, Mahboubeh Zarabi *, Shahriar Mahdavi Pages 2625-2641

    Phosphorus (P) is often lacking in calcareous soils. To investigate the effect of organic matter and elemental sulfur (S) on P availability and fractions in two calcareous soil with different textures (Clay ‌loam and Loamy sand) and total iron and aluminum concentrations, incubation studies were carried out for 12 weeks. This study was conducted in the soil science laboratory of Malayer University in 2019. The treatments include the simple treatment of sheep manure (organic matter=OM) (0, and 2 %), S (0, 0.25, and 0.5 %), and integrated treatment of OM and S in the presence of Thiobacillus bacteria. Every week, P concentration in control and treated soils was measured. At the end of incubation period, EC, pH, ECC percentage, gypsum percentage, and inorganic P fractions in control and treated soils were measured, too. At the end of the incubation period, EC and gypsum percentage increased in both treated soils. The presence of OM decreased the gypsum in soils and increased P concentration in the soils. In Clay loam soil treated with 0.25, and 0.5 percent of S, adding OM decreases the rate of P transformation, from 0.226 to 0.153 and from 0.168 to 0.154 mg kg-1 week-1, respectively and in Loamy sand soil caused an increase from 0.129 to 0.161 and from 0.125 to 0.184 mg kg-1 week-1, respectively. In both soils, simple and integrated treatments increased the dicalcium phosphate fraction and decreased the octacalcium phosphate fraction, and the apatite fraction decreased in integrated treatments. In Loamy ‌sand soil, simple and integrated treatments increased the aluminum phosphate fraction. The results showed that integrated treatment of OM with 0.25% of S in both soils increased the P availability, and despite the fixation of P in Loamy ‌sand soil, due to high total iron and aluminum content, OM increased the P availability in Loamy ‌sand soil.

    Keywords: Calcareous soil, Elemental Sulfur, gypsum, organic matter, phosphorus availability
  • Ali Mohammad Golabini, Ali Afrous *, Mehdi Asadilour, Ali Asareh, Hossein Fathian Pages 2643-2654

    It is necessary to use mathematical models to determine the river's response to pollutants. These models are able to simulate the effect of existing and future pollutants and facilitate related decisions. In this study, the water quality of Dez River and its main feeding drains were extracted and analyzed through sampling and laboratory analysis from Dez diversion dam downstream of Loreh drainage during seven months from March to September 2018. The results of the measured samples were compared with those of the simulated values through the HEC-RAS model. The river path was investigated in the study period and seven sampling stations were determined along the river and six stations at the point of drainage into the river to determine the sampling stations, as well as the sources of pollution of Dez River. The results indicated the lack of self-purification of DO, BOD, NO3, NO2 parameters in Dez River during seven months of 2018 due to the inflow of drains and lower river discharge in this period. Also, the base on NSFWQI index, in drought seasons the first half of the river quality index is less than 68, that indicates average quality, and in the second half of the river, the quality index is less than 50 (poor quality). This decreasing trend of NSFWQI quality index is consistent with the trend of qualitative variables of HEC-RAS simulation and indicates the lack of relative self-purification of the river during the study period.

    Keywords: river, Hydraulic, Water Quality Simulation, National Quality Index, HEC-RAS
  • Marziye Kayhanpanah, Ali Najafinejad *, Hamidreza Pourghasemi, Ali Mohammadian Behbahani Pages 2655-2670
    Watershed sediment yield estimation is an important process in watershed management. Because of limited information on sediment yield in small watersheds, empirical methods are developed in different watersheds. Sediment connectivity is an important characteristic of watershed sediment yield and is compared for better estimation of sediment delivery ratio (SDR). This research aims to compare and evaluate the spatial changes of SDR values and connectivity index on a small watershed scale. This study was conducted in the Marcheshme watershed of Semnan province with an area of 2418 ha. At the outlet of this watershed, an earthen dam was built by the natural resources and watershed management organization of the province (1995). No conservation and management measures were carried out in the watershed. In 2013, the amount of sediment trapped behind the dam was measured by the research center of Semnan province. It should be noted that there isn’t any overflow of the earth dam between 1995 and 2013. The WaTEM/SEDEM model was calibrated to calculate the SDR using the measured amount of sediment, and the SDR values for the entire watershed were distributed. A distribution map of the sediment connectivity index was prepared. The highest value of the SDR map was close to 0.5, the lowest value was close to zero, and the sediment connectivity index varied from -6.71 to 3.04. SDR and IC indices show that the amount of sediment transport and delivery near the outlet is higher than the average value in the watershed area. In the upper part of the watershed, erosion is more than the one in other parts, although SDR and the possibility of sediment connection are less than the ones in other parts. These two indicators and distribution of them can be important for prioritizing areas in terms of soil erosion and sediment management. This study shows the up-to-date application of available data and develops their potential for further analysis.
    Keywords: Structural sediment connectivity, Sediment delivery ratio, WaTEM, SEDEM Model
  • Seyyed Erfan Khamoshi, Fereydoon Sarmadian *, Mahmoud Omid Pages 2671-2681

    Investigation of soil organic carbon stock (SOCS) in agricultural lands and the role of factors affecting its variability and digital modeling are important for predicting possible scenarios of future carbon stock. The purpose of this study was to investigate the spatial variability and to estimate SOCS at 0 to 100 cm depth based on two generation of machine learning approaches in a part of Qazvin plain. SOCS of about 211 legacy soil data were prepared. The environmental variables including 11 geomorphometric variables and 25 spectral indices with 10-meter spatial resolution were used. Further, the dataset was divided into two parts: 70% of data were chosen as training and 30% of data for model validation. Two algorithm were used for SOCS modeling in the study area. Validation results indicated that the QRF had a higher coefficient of determination than the RF. According to the results of the relative importance of environmental variables, DEM and Valley depth parameters are more important in the spatial modeling of SOCS than other variables. Generally, it is suggested to investigate hybrid models in the process of modeling secondary soil characteristics.

    Keywords: Machine learning, Soil Organic Carbon Stock, remote sensing, Environmental Covariates
  • Mohammad Shamsi, Teymour Sohrabi *, Javad Bazrafshan Pages 2683-2699
    Introduction
    Climate change is an undeniable phenomenon, which affects virtually every aspect of life on Earth. The agricultural sector is heavily connected to the environment and thus, gets affect by climate change the most. Climate change affects agriculture by affecting temperature and rainfall. The elevated air temperature increases the potential evapotranspiration. Variation in precipitation is generally unfavorable. Increase in precipitation causes waterlogging and subsequently erosion in soil, while decreased precipitation causes water stress in crops. It is necessary to assess the climate change impact on agriculture in order to change policies accordingly. This paper sought to assess the impact of climate change on sugar beet net irrigation water requirement and potential yield.
    Materials and methods
     In this research, the climatic information of the meteorological station located in Mohammadshahr, Karaj for the period 1970-2014 and the crop parameter of the sugar beet research farm located in Mehrshahr, Karaj were used. Future climatic data from six global climate models, namely ACCESS-ESM1-5, CanESM5, EC-EARTH3, IPSL-CM6A-LR, MRI-ESM2-0 and NorESM2-LM, under three optimistic, intermediate and pessimistic scenarios (SSP126, SSP245 and SSP585) for the period 2015-2100 were downscaled for Karaj using empirical quantile mapping method. Taylor diagram was used to evaluate the downscaling results. Temperature and precipitation data as well as reference evapotranspiration, which was calculated by Hargreaves-Samani method, were given to AquaCrop model. The effective rainfall calculation approach was set to USDA-SCS method in AquaCrop model. The trend and fluctuations of the climatic and crop variables were examined using the Mann-Kendall and Pettitt tests, respectively.
    Results
    The results indicate that the sugar beet sowing and harvest dates advance by 39 and 71 days, respectively, which means a decrease of 29 days in the growing season length (from 171 to 142 days). The reference evapotranspiration under SSP585 will increase by 14.8% (6.5% under SSP126) at the end of the 21st century in Karaj. The water requirement can increase up to 7.8% under SSP585 (3.7% under SSP126). The amount of irrigation water requirement in the future period will increase up to 10.5% under SSP585 (5.8% under SSP126). The biomass and yield variations at the 21st century ending period will be 11.8% and 19.2% increase under SSP585 (4.2% and 5.9% increase under SSP126), respectively. All the climatic and crop variables showed strongly significant trend in the study period (1995-2100) under the pessimistic scenario, while the fluctuations of the variables were not as significant as their corresponding trends under the same scenario.
    Conclusion
    According to the results of this paper, the increasing temperature caused by the elevating atmospheric CO2 concentration, under the pessimistic scenario, increases the sugar beet net irrigation water requirement by increasing the crop evapotranspiration. The decreasing precipitation also contributes to the obtained result. The potential yield showed a contradicting result, i.e., the elevated CO2 under the pessimistic scenario favors the yield production due to the fact that more CO2 contributes to more efficient photosynthesis. The results can be used in climate change adaptation policies regarding water allocation and optimal planting date determination for sugar beet cultivation in Karaj.
    Keywords: climate change, Emission scenario, Sugar beet, yield, Water requirement