فهرست مطالب

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و سوم شماره 12 (پیاپی 84، اسفند 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/29
  • تعداد عناوین: 15
|
  • آرین حیدری مطلق، علی حیدر نصرالهی*، شادمان ویسی، مجید شریفی پور صفحات 2701-2720

    یکی از روش های مناسب به منظور برآورد تبخیر-تعرق واقعی، استفاده از فن سنجش از دور است که به دلیل پوشش مکانی و زمانی مناسب، گزینه خوبی برای اندازه گیری در سطح گسترده به حساب می آید. هدف از پژوهش حاضر، برآورد تبخیر-تعرق واقعی با استفاده از الگوریتم سبال و به کارگیری الگوریتم های تابع پلانک و پنجره مجزا برای محاسبه تاثیر پارامتر دمای سطح و مقایسه روش های مختلف برآورد دمای سطح و مشاهده تاثیر آن بر مقادیر تبخیر-تعرق واقعی است. برای این منظور، اطلاعات میدانی شامل دمای پوشش سبز در سطح مزرعه و اندازه گیری حجم آب ورودی و خروجی در مقیاس لایسیمتر درمزرعه تحت کشت یونجه در سال زراعی 99-1398 همزمان با روزهای گذر ماهواره لندست 8 برفراز محدوده مطالعاتی در نقاط از قبل تعیین شده در سطح مزرعه برداشت شد. پس از انجام پیش پردازش های لازم روی تصاویر ماهواره ای، ابتدا با استفاده از باند های حرارتی و دو الگوریتم پنجره مجزا و تابع پلانک، دمای مزراع تخمین زده شد. نتایج نشان داد در هر گذر با دمای پوشش گیاهی اندازه گیری شده با استفاده از دماسنج مادون قرمز، الگوریتم پنجره مجزا مقادیر همبستگی بالاتری نسبت به روش تابع پلانک به میزان 68 تا 80 درصد داشت. در مرحله بعد به برآورد تبخیر-تعرق با استفاده از الگوریتم سبال تحت دو سناریوی دمای تابع پلانک و پنجره مجزا پرداخته شد. مقایسه نتایج تبخیر-تعرق واقعی محاسبه شده با لایسیمتر نشان داد که پیکسل سرد بیشترین انطباق را با نحوه آبیاری در لایسیمتر دارد، که پیکسل سرد حاصل از الگوریتم پنجره مجزا با میلی متر در روز 56/0=RMSE، 084/0nR=MSE و 992/0=NS، بیشترین مطابقت را با داده های لایسیمتر دارد. همچنین بر اساس شاخص rMBE الگوریتم پنجره مجزا با کم برآوردی در بازه 07/4- تا 22/3- درصد بوده در حالیکه الگوریتم تابع پلانک با بیش برآوردی در بازه 76/4 تا 65/12 درصد در نوسان بوده است. این بررسی فقط اختصاص به پیکسل سرد ماهواره با شرایط بدون تنش آبی بوده و برای بررسی های بیشتر نیازمند ابزار دقیق می باشد.

    کلیدواژگان: پیکسل سرد، سنجش از دور، الگوریتم سبال، لایسیمتر
  • محبوبه ابوالحسنی زراعتکار*، امیر لکزیان صفحات 2721-2738
    آنزیم های خاک در فرایندهایی نظیر تجزیه مواد آلی، چرخه عناصر غذایی و تجزیه آلاینده ها نقش مهمی دارند. بنابراین حفظ فعالیت و پایداری آنزیم ها در خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این پژوهش در سال 1397 در آزمایشگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. در این مطالعه دو نوع رس مونتموریلونیت تغییر یافته با نانوذرات مگنتیت و اگزوپلی ساکارید تهیه شدند. خصوصیات رس های تهیه شده با کمک دستگاه های پراش اشعه ایکس و میکروسکوپ الکترونی روبشی مورد بررسی قرار گرفت. سپس تاثیر افزودن رس های مونتموریلونیت تغییر یافته بر فعالیت آنزیم های اوره آز، فسفاتاز و دهیدروژناز بررسی شد. آزمایش های فوق در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با آرایش فاکتوریل شامل چهار نوع رس (مونتموریلونیت، مونتموریلونیت تغییر یافته با نانوذرات مگنتیت، مونتموریلونیت آلی شده با اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت و شاهد) در پنج زمان (1، 3، 7، 14 و 21 روز) با سه تکرار انجام شد. در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی بهترین تغییرات مورفولوژی مربوط به رس تغییر یافته با مجموع سورفکتانت اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت بود، سورفکتانت اگزو پلی ساکارید لایه های رس را بطور کامل از هم باز و تخلخل های فراوانی در آن ایجاد و از تجمع نانوذرات نیز جلوگیری کرد. بر اساس نتایج حاصل از آنالیز آماری میزان فعالیت آنزیم اوره آز با افزودن رس مونتموریلونیت به خاک 4/1 برابر، رس تغییر یافته با نانوذرات مگنتیت 5/1 برابر، رس تغییر یافته با اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت 3 برابر افزایش یافت. همچنین میزان فعالیت آنزیم فسفاتاز با افزودن رس مونتموریلونیت به خاک 1/1 برابر، رس تغییر یافته با نانوذرات مگنتیت 3/1 برابر، رس تغییر یافته با اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت 5/1 برابر افزایش نشان داد و میزان فعالیت آنزیم دهیدروژناز با اضافه کردن رس مونتموریلونیت به خاک 1/1 برابر، رس تغییر یافته با نانوذرات مگنتیت 2/1 برابر، رس تغییر یافته با اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت 3/1 برابر افزایش نشان داد. بنابراین با توجه به نتایج مشاهده شد که ایجاد تغییرات در محیط اطراف آنزیم ها با سورفکتانت اگزوپلی ساکارید و نانوذرات مگنتیت باعث افزایش پایداری و فعالیت آنزیم ها در محیط خاک در مدت زمان 21 روز انکوباسیون شد.
    کلیدواژگان: مونتموریلونیت، پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی
  • آزاده صداقت*، نیاز علی ابراهیمی پاک*، آرش تافته، سید نرگس حسینی صفحات 2739-2757

    تبخیرتعرق مرجع (ET0) یک متغیر هیدرولوژیکی پیچیده است که براساس متغیرهای هواشناسی مختلف که بر تعادل آب و انرژی تاثیر می گذارند، تعریف می شود. به طور معمولET0  با روش های تجربی مختلف برمبنای داده های اقلیمی دقیق محاسبه می شود. هدف از این مطالعه ارزیابی روش های مختلف داده کاوی که شامل شبکه های عصبی مصنوعی (ANNs)، جنگل تصادفی (RF) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) می باشد جهت تخمین ET0 با حداقل ورودی های هواشناسی است. در این مطالعه، مدل FAO-56 Penman-Monteith (FPM) به عنوان مدل استاندارد در نظر گرفته شد. داده های هواشناسی استفاده شده در این پژوهش از 13 ایستگاه استان زنجان در دوره زمانه ده ساله (1399-1389) می باشد. نتایج نشان داد که روشANNs  بهتر از دو روش SVM و RF عمل کرد. میانگین مقادیر آماره-های RMSE، EF  و NRMSE برای روش ANNs در هر دو مرحله آموزش و آزمون برابر و به ترتیب برابر است با 49/0، 94/0 و 14/0 به دست آمد. مقادیر میانگین آماره های مذکور برای روش RF در مرحله آموزش برابر با 49/0، 94/0 و 14/0 و در مرحله آزمون برابر با 52/0، 94/0 و 15/0 بود. همچنین مقادیر میانگین این آماره ها برای روشSVM  در هر دو مرحله آموزش و آزمون برابر و به ترتیب برابر است با 52/0، 94/0 و 15/0 شد. بیش از 92 درصد (12 ایستگاه) نتایج بدست آمده از دو روش ANNs و RF نشان دادند که میانگین دما مهم ترین و موثرترین پارامتر در تخمین  ET0می باشد. همچنین بیش از 84 درصد (11 ایستگاه) نتایج نشان دادند که ساعت آفتابی دومین ورودی مهم و موثر در در تخمین  ET0می باشد. بنابراین می توان عملکرد عالی را با استفاده از چهار متغیرهواشناسی (میانگین دما، میانگین رطوبت نسبی، سرعت باد و ساعت آفتابی) به عنوان ورودی با روش های ANNs، RF  و SVM به دست آورد. نتایچ پژوهش حاضر می تواند به تخمین ET0 برای مناطقی که مدیریت آب کشاورزی در آنجا ضروری می باشد، کمک کند.

    کلیدواژگان: تبخیرتعرق، جنگل تصادفی، شبکه عصبی مصنوعی، ماشین بردار پشتیبان، مدل پنمن مانتیث
  • لیلا رادفرد، بهزاد حصاری*، وحید رضاوردی نژاد، جمال احمد آلی صفحات 2759-2774

    صرفه جویی، بهینه سازی مصرف آب، ارتقای شاخص های بهره وری و راندمان ها در بخش کشاورزی امری مهم و ضروری است. منطقه میاندوآب به-عنوان الگوی کاهش مصرف جهت حفظ آب واقعی برای احیاء دریاچه ارومیه از اهمیت خاصی برخوردار است. این تحقیق با هدف ارزیابی سناریوهای کاهش مصرف آب در سطح مزرعه با مدل گیاهی AquaCrop در منطقه میاندوآب انجام گرفت. برای این منظور از اطلاعات مزارع مربوط به پروژه کشاورزی پایدار طرح حفاظت از تالاب های ایران در منطقه میاندوآب استفاده شد. اطلاعات سال اول (سال زراعی 96-1395) برای واسنجی مدل و سال دوم (سال زراعی 97-1396) برای صحت سنجی مدل به کارگرفته شد. ارزیابی شاخص های آماری نشان از دقت و توانایی بالای مدل در شبیه سازی عملکرد دانه دارد. پس از واسنجی و صحت سنجی مدل، سناریوهای برنامه ریزی آبیاری در قالب تغییر عمق آبیاری به میزان 10، 20 و 30 درصد کاهش برای شرایط سال دوم مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفت. مقادیر شاخص های بهره وری آب با استفاده از اجزای بیلان و عملکرد شبیه سازی شده توسط مدل برای هر یک از مزارع محاسبه گردید. نتایج اندازه گیری های مزرعه در سال 97-96 نشان داد که در شرایط موجود متوسط میزان آب آبیاری و آب کاربردی برای گندم به ترتیب 4/405 و 4/580 میلی متر، متوسط عملکرد دانه 8340 کیلوگرم در هکتار، بهره وری آب آبیاری و آب کاربردی به ترتیب 27/2 و 52/1 کیلوگرم بر مترمکعب است. همچنین نتایج حاصل از بررسی سناریوهای کم آبیاری نشان داد سناریوی S3  ضمن کاهش 30 درصدی آب آبیاری می تواند عملکرد محصول را حدود 10 % کاهش داده و بهره وری آب را از 53/1 به 72/1 افزایش دهد. به طورکلی نتایج نشان داد می توان با برنامه ریزی مناسب و دقیق آبیاری به کمک مدل AquaCrop و بهبود مدیریت زراعی، عملکرد دانه گندم و بهره وری آب را افزایش داد و موجب صرفه جویی و حفظ آب در مقیاس مزرعه شد.

    کلیدواژگان: شبیه سازی عملکرد محصول، بهبود بهره وری آب، مدیریت آب در مزرعه، گندم، مدل
  • محمدحسین تقی خانی، سمیه سیما*، ایمان رییسی دهکردی، نعمت الله کریمی صفحات 2775-2791

    پایش دمای سطح زمین با استفاده از فن آوری سنجش از دور و بررسی تغییرات زمانی و مکانی آن در مطالعات مختلفی نظیر تغییرات کاربری اراضی، کشاورزی و تشخیص خشکسالی به ویژه در مقیاس محلی اهمیت دارد. با این وجود در حال حاضر محصولات دمای سطح که از قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا برخوردار باشند در دسترس نیست. از این رو، استفاده از مدل های ریزمقیاس سازی به منظور تولید نقشه دمای سطح با قدرت تفکیک مکانی بالا از سنجنده های با قدرت تفکیک زمانی مناسب مورد توجه قرار گرفته است. در این مطالعه، با استفاده از مدل PyDMS  و تصاویر سنتینل 2، ریزمقیاس نمایی دمای سطح زمین حاصل از تصاویر ماهواره ای سنتینل 3 انجام و نقشه دمای سطح زمین با قدرت تفکیک مکانی 20 متر در شهر اصفهان تولید و نتایج حاصل از این مدل با داده های اندازه گیری زمینی دمای سطح در عمق 5 سانتی متری ایستگاه های هواشناسی صحت سنجی شد. نتایج نشانگر ضریب همبستگی بالاتر از 74/0 در هر 3 ایستگاه و خطای RMSE معادل 7/6، 0/4  و 5/15 درجه سلسیوس به ترتیب در سه ایستگاه اصفهان ، کبوترآباد و فرودگاه به ترتیب معادل  می باشد. همچنین االگوی مکانی دمای سطح حاصل از این مدل با الگوی مکانی محصولات دمای سطح لندست 8، سنتینل 3 و مادیس تطبیق دارد. یافته های این پژوهش حاکی از امکان تولید نقشه های دمای سطح زمین با قدرت تفکیک مکانی 20متر و گام زمانی کمتر از هفته ای با استفاه از الگوریتم PyDMS و اعمال تصحیح اریبی با داده های زمینی است. تولید نقشه های دمای سطح با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا برای بسیاری از کاربردها نظیر مدیریت خاک و محصول، برآورد تبخیرتعرق و مدیریت آب آبیاری مفید است.

    کلیدواژگان: محصولات دمای سطح ماهواره ای، ریزمقیاس سازی، سنجش از دور حرارتی
  • هما نوغان کار، محمود رائینی، محمدعلی غلامی سفیدکوهی*، مجید مبینی صفحات 2793-2807

    پیش بینی کوتاه مدت تبخیر-تعرق روزانه گیاه در کشاورزی دقیق و مدیریت آبیاری اهمیت فراوانی دارد.در این مقاله، روشی برای پیش بینی کوتاه مدت نقشه های تبخیر-تعرق روزانه گیاه برنج با استفاده از تصاویر ماهواره ای و الگوریتم های یادگیری ماشین ارایه شده است.پس از تلفیق باندهای تصاویر لندست 8 و مودیس با استفاده از روش STARFM، تصاویر تبخیر-تعرق روزانه به کمک الگوریتم METRIC تولید و برای پیش بینی نقشه های تبخیر-تعرق روزهای بعدی به عنوان ورودی به ماشین بردار ارتباط (RVM) و حافظه کوتاه-مدت طولانی (LSTM) اعمال شدند. دو سناریو برای پیش بینی در نظر گرفته شد. در سناریوی اول، با استفاده از یک تصویر و یک گام زمانی شش روزه، تصویر شش روز بعد پیش بینی شد. در سناریوی دوم، پیش بینی برای روزهای متوالی تا شش روز انجام شد.ضریب همبستگی بین مقادیر پیش بینی شده توسط RVM و مقادیر واقعی برای سناریوی اول و دوم به ترتیب 89/0 و 84/0 بدست آمد که نشان دهنده دقت قابل قبول این دو سناریو در پیش بینی تبخیر-تعرق است. در سناریوی نخست، مقادیر R2 برای دو روش  RVM و LSTM به ترتیب برابر با 8/0 و 59/0 بدست آمد که نشان می دهد RVM در مقایسه با LSTM از دقت بیشتری برای پیش بینی تبخیر-تعرق برخوردار است. مقدار RMSE برای RVM در سناریوی اول و دوم به ترتیب برابر با 56/0 و 82/0 و مقدار MAE نیز به ترتیب برابر با 43/0 و 66/0 بدست آمد که نشان از خطای کمتر ناشی از پیکره بندی انجام شده در سناریوی اول می باشد.

    کلیدواژگان: الگوریتم METRIC، تلفیق تصاویر ماهواره ای، ماشین بردار ارتباط، LSTM
  • لیدا واصل، احمد فرخیان فیروزی*، عطاالله خادم الرسول صفحات 2809-2824

    اولویت بندی مناطق بحرانی و استفاده از بهترین شیوه های مدیریتی از جمله مدیریت کشاورزی و حفاظتی، روش های موثری برای کاهش فرسایش در حوضه های آبریز هستند. این روش ها مزیتی برای مدیران و سرمایه گذاران برای جلوگیری از زیان های اقتصادی و مدیریت ریسک محسوب می شوند. در پژوهش حاضر، از مدل ArcSWAT برای ارزیابی تاثیر مدیریت کشاورزی و حفاظتی بر رواناب سطحی و بار رسوب در حوضه آبریز دشت بزرگ در استان خوزستان استفاده شد. گردآوری داده ها در سال 2021  انجام شد. واسنجی و اعتبارسنجی جریان سطحی به ترتیب برای دوره های آماری 2004 تا 2015 و 2016 تا 2021 انجام شد. همچنین بار رسوب برای دوره های آماری 2004 تا 2013 واسنجی و  برای سال های 2014 تا 2019 اعتبارسنجی گردید. سناریوهای تناوب، مدیریت بقایا و خاک ورزی به عنوان سناریوهای مدیریت زراعی و سناریوهای تراس بندی، کنتوربندی، نوارهای بافر گیاهی، کشت نواری و آبراهه چمنی به عنوان سناریوهای مدیریت حفاظت اعمال شدند.  نتایج ضرایب نش- ساتکلیف و تعیین برای واسنجی جریان سطحی ماهانه 7/0 و 72/0 و برای اعتبارسنجی 74/0 و 75/0 بدست آمد. این ضرایب برای هر دو مرحله واسنجی و اعتبارسنجی بار رسوب رضایت بخش نبود. اما مدل کارایی مناسبی در اولویت بندی مناطق بحرانی و شبیه سازی سناریوهای مدیریتی نشان داد. تفاوت در عرض آبراهه چمنی اثر معنی داری بر کاهش بار رسوب نداشت. سناریوهای تراس بندی و بافر گیاهی میزان رسوب را در سطح حوضه به ترتیب 76 و 5/62 درصد کاهش دادند و موثرترین سناریو شناخته شدند.  بطور کلی نتایج نشان داد که اعمال سناریوهای حفاظتی می تواند میزان بار رسوب را تا حد قابل توجهی کاهش دهد.

    کلیدواژگان: تراس بندی، رسوب، کنتوربندی، مدیریت حفاظتی، مدیریت زراعی
  • حسین ربانیها*، شیما کبیری، بیژن نظری، راضیه آنالوئی صفحات 2825-2837
    تالاب ها نقش اساسی در اکوسیستم داشته و تاثیر زیادی بر زندگی مردم دارند لذا احیا تالاب های تخریب شده امری حیاتی است. با کمبود منابع آب، پساب های شهری و صنعتی می توانند به عنوان منابع آب جایگزین در مصارف مختلف استفاده شوند. در این پژوهش ریسک استفاده از پساب شهرک صنعتی البرز در استان قزوین جهت انتقال به تالاب اله آباد به منظور احیا آن مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا عوامل تاثیرگذار و تاثیرپذیر در محدوده طرح شناسایی شد. سپس با استفاده از داده های کیفیت آب تصفیه خانه شهرک صنعتی البرز که در سال انجام پژوهش برداشت شده اند و جمع آوری نظرات 20 کارشناس با تخصص های محیط زیست، منابع آب و آبیاری و زهکشی در قالب پرسشنامه، ریسک طرح به روش شبکه بیزین محاسبه گردید. نتایج نشان داد که در بین گره های میانی ساختار ریسک، کمترین و بیشترین مقدار به ترتیب مربوط به گره های فلزات سنگین و افزایش هزینه های اجرا است که در زیرگروه ریسک محیط زیستی بهداشتی و اقتصادی قرار می گیرد. علی رغم این که کیفیت پساب در بیشتر پارامترها در حد استاندارد است، ریسک های محیط زیستی-بهداشتی، اجتماعی-فرهنگی، اقتصادی و فنی به ترتیب برابر با 44، 47، 50 و 49 درصد محاسبه شد. با توجه به ریسک های محاسبه شده، بخش فنی و اقتصادی طرح پتانسیل بیشتری برای ایجاد شکست طرح را دارد. ریسک کلی طرح 49 درصد محاسبه شد که می تواند آسیب های غیرقابل جبرانی به بار آورد و منجر به شکست پروژه گردد. قبل از اجرای طرح باید جنبه های مختلف محیط زیستی، اجتماعی و مسایل فنی و اقتصادی به دقت بررسی شده و احتمال ایجاد ریسک به حداقل برسد.
    کلیدواژگان: انتقال پساب، تصفیه فاضلاب، فلزات سنگین، مدل GeNIe
  • کتایون فرجی، شهلا پایمزد*، مهدی رحیمی صفحات 2839-2861
    افزایش جمعیت و رشد صنعتی نیازمند منابع غذایی است. رکن اصلی منابع غذایی و نیز مصرف کننده اصلی منابع آبی، بخش کشاورزی می باشد که با مصرف روز افزون دچار تنش های فراوانی شده است. پژوهش حاضر به شبیه سازی دینامیکی تخصیص منابع آب های سطحی بالادست حوضه سفید رود بزرگ طی سال های 1369 الی 1398 پرداخته است. آزمون سالانه ساختار مدل، با معیارهای MAE ، RMSE و R2  به ترتیب معادل 098/0، 087/0 و 980/0 صحت و دقت مدل را در کنار آزمون رفتار حدی، تایید نمود. با توجه به احداث سدها از سال 1390شبیه سازی ماهانه در دو بخش قبل از فعالیت سدها و پس از آن انجام شد. قبل از فعالیت سدها مقادیر MAE، RMSE، R2  به ترتیب معادل 052/0، 103/0 و 940/0 تایید کارایی بالای مدل بود. با شروع بهره برداری از سدها، الگوهای گسترش تدریجی، توقف و نزول رشد و شکست فعال و افزایش برداشت در تمام بازه ها، چه با احداث سد و چه عدم احداث آن مشاهده گردید. نتایج نشان داد با وجود افت آبخوان ها به مقدار متوسط 30 متر در کل دوره و 35/6 متر پس از احداث سدها، در کنار کاهش 90 درصدی ورودی ها، افزایش برداشت صورت گرفته و علی رغم کاهش شدید منابع آب، سطح زیر کشت در برخورد با الگوی گسترش تدریجی، چهار برابر افزایش و در پی توقف و نزول رشد، افت بسیار شدیدی تا حدود 3 برابری داشته است. به طور متوسط در منطقه، افزایش سطح زیر کشت 8/2 برابر و در بالاترین رقم 4 و در پایین ترین مقدار 6/1 برابر افزایش داشته است.
    کلیدواژگان: الگوهای رفتاری، پویایی سیستم، تخصیص آب، ونسیم
  • سید محمدرضا طباطبائی، تیمور سهرابی *، علیرضا محب الحجه، عبدالحسین هورفر صفحات 2863-2873

    محاسبه تبخیرتعرق مرجع به عنوان جزیی از معادله پایستگی انرژی کاری بس دشوار است، از این رو محققین زیادی با ارایه روش های مختلف سعی در برآورد آن داشته اند. در این بین رابطه فایو پنمن مانتیث به عنوان روشی بر مبنای فیزیک مسیله تبخیر، جایگاه ویژه ای در امر برآورد تبخیرتعرق دارد، اما از آنجایی که معمولا تعداد کمی از پارامترهای هواشناسی در دسترس هستند، مسیله نیازمند بودن به پارامترهای مختلف در این رابطه، استفاده از این رابطه را محدود کرده است. در نتیجه، روش هایی همچون روش هارگریوز سامانی که نیازمند کمترین و معمول ترین پارامترها یعنی دما می باشد، برای برآورد تبخیرتعرق رواج یافته است. علی رغم این نقطه قوت، روش هارگریوز سامانی برآوردهای مناسبی برای مناطق مرطوب ندارد.در پژوهش حاضر با مرور تاریخچه توسعه رابطه هارگریوز سامانی، روشی اصلاحی برای شرایط رطوبتی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور جامعیت بخشیدن به پژوهش، داده های 4169 ایستگاه در سطح کشورهای مختلف تهیه و روش هارگریوز سامانی و دو روش اصلاح شده دیگر بر پایه آن با مقادیر تبخیرتعرق برآورد شده از روش فایو پنمن مانتیث مقایسه شده اند.نتایج حاصل  نقاط ضعف دیگری همچون محدودیت برآورد حدود فرین تبخیرتعرق در شرایط خاص را در روش هارگریوز سامانی آشکار کرد. همچنین روش اصلاحی مورد بحث در مقاله حاضر باعث بهبود آماره های مختلف طی گستره وسیعی از شرایط رطوبتی شد.

    کلیدواژگان: تبخیرتعرق مرجع، معادله فائو پنمن مانتیث، معادله هارگریوز سامانی، موازنه آب و انرژی
  • مهدی پناهی*، حمیدرضا رحمانی، حسین شریفی صفحات 2875-2884

    به منظور بررسی تاثیر استفاده از پساب تصفیه شده در کشاورزی برکیفیت شیمیایی آب های زیرزمینی در منطقه شمال اصفهان، منطقه ای به وسعت 6000 هکتار، در طی سال آبی 1397-1398 با نمونه برداری از تعداد 46 حلقه چاه، مورد بررسی قرار گرفت. موقعیت چاه های مورد مطالعه، در دو ناحیه تحت آبیاری درازمدت با پساب حداقل به مدت 10 سال و ناحیه شاهد قرار داشت. ویژگی های کیفیت شیمیایی نمونه ها شامل هدایت الکتریکی (EC)، واکنش شیمیایی (pH)، آنیون ها شامل بیکربنات، سولفات، کلرور، نیترات و کاتیون ها شامل کلسیم، منیزیم و سدیم بود. نتایج نشان داد تاثیر استفاده از پساب فاضلاب تصفیه شده بر کیفیت آب های زیرزمینی منطقه، در چاه های کم عمق و عمیق رفتار متفاوت دارد. به طوری که در اثر مصرف درازمدت پساب فاضلاب تصفیه شده برای آبیاری اراضی کشاورزی، هیچ کدام از پارامتر های کیفیت شیمیایی آب زیرزمینی، برای نمونه ها در چاه های عمیق نسبت به منطقه شاهد معنی دار نبود و برای نمونه ها در چاه های کم عمق نسبت به منطقه شاهد، برای پارامتر های شیمیایی EC، بی کربنات (HCO3) و کلر (Cl) در سطح احتمال پنج درصد دارای اختلاف آماری معنی دار و برای سایر پارامتر های شیمیایی غیر معنی دار بود. بیشتر چاه های این منطقه عمیق بوده و تنها 8 درصد چاه ها در محدوده تحت آبیاری با پساب، کم عمق هستند. لذا با توجه به نتایج ، استفاده از پساب تصفیه شده برای کشاورزی در این منطقه، تاثیر ناچیزی بر کیفیت شیمیایی آب های زیرزمینی عمیق داشته و بنابراین از نظر کاربرد در کشاورزی با رعایت سایر موارد زیست محیطی قابل توصیه است.

    کلیدواژگان: آب زیرزمینی، کیفیت شیمیایی، پساب، کشاورزی
  • مصیب مقبلی دامنه، مهدی غلامی شرفخانه، سید حسین ثنایی نژاد*، مجتبی صادق صفحات 2885-2903

    جداسازی دقیق اجزای تبخیر-تعرق یکی از شکاف های کلیدی تحقیقات در زمینه مدیریت آب در بخش کشاورزی است. شناخت این متغیر و همچنین مکانیزم جداسازی اجزای آن برای تعیین مقدار دقیق مولفه های معادله بیلان آب در رابطه با برنامه ریزی و مدیریت منابع آب، بهینه سازی تولید محصول، طراحی سامانه های آبیاری، ارزیابی عملکرد محصول، شناسایی تنش های گیاه و تاثیر خشکسالی و همچنین ارزیابی تاثیرات تغییراقلیم بر کارایی مصرف آب بسیار مهم است. در این پژوهش کارایی مدل دو منبعی TSEB برای جداسازی اجزای این متغیر ارزیابی شد. در همین راستا خروجی های این مدل با خروجی های روش استاندارد دو جزیی فایو-56 در مزرعه ذرت واقع در ایستگاه تحقیقات کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد، مقایسه و ارزیابی شد. برای این کار از چهار تصویر ماهواره لندست 8 در بازه کاشت تا برداشت گیاه ذرت در فصل کاشت بهار و تابستان سال 1400 استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد علیرغم نزدیک بودن مقادیر کلی تبخیر-تعرق بین مدل TSEB و روش دو جزیی فایو-56 (مقدارR^2 برابر با 94/0)، بین جزییات این پارامتر اختلاف زیاد است (مقدارR^2 برای تعرق و تبخیر به ترتیب 46/0 و 75/0)، که بر اساس مطالعات سایر پژوهشگران این اختلاف می تواند به دلیل بیش برآورد مقدار تعرق و کم برآورد مقدار تبخیر در روش دو جزیی فایو-56 باشد و در اینجا چون روش دو جزیی فایو-56 مقادیر تعرق و تبخیر را تخمین می زند و می تواند با مقداری خطا همراه باشد، نمی توان به طور قطع گفت مدل TSEB دارای دقت کافی نیست. از طرفی مقایسه نسبت تعرق به تبخیر-تعرق در این پژوهش با نتایج سایر پژوهشگران نشان داد که خروجی های مدل TSEB در این پژوهش (77/0) در بازه مجاز (75/0 تا 88/0) می باشد و خروجی های قابل اعتمادی ارایه می کند.

    کلیدواژگان: جداسازی تبخیر-تعرق، روش دو جزئی فائو-56، سنجش از دور، لندست 8، مدل دو منبعی TSEB
  • مهری سلیمی، الهه معتمدی سده*، بابک متشرع زاده صفحات 2905-2919
    در این پژوهش از یک رویکرد جدید برای کاهش میزان حلالیت کودهای شیمیایی استفاده گردید. این پژوهش در سال 1399 در پژوهشگاه بیوتکنولوژی کرج انجام گرفت. کود اوره گرانوله و  NPK با استفاده از لاتکس نانوکامپوزیت پلیمری بر پایه نشاسته با سه فرمولاسیون متفاوت A (بدون نانوذره)، B (حاوی نانوذره) وC (لاتکس تجاری) با استفاده از دستگاه روتاری درام پوشش دهی شدند و اثر عوامل مختلف مانند دما، تعداد لایه های پوششی و اندازه ذرات بر میزان رهاسازی عناصرغذایی مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج حاصل از آنالیز میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی نشان داد که نانوکامپوزیت پلیمری بر پایه نشاسته به صورت یک پوشش کاملا یکنواخت و صاف سطح اوره گرانوله را پوشانده است. کودهای پوشش داده شده با فرمولاسیونB  (حاوی نانوذرات) عملکرد بهتری داشتند. بنابراین حضور نانوذرات در ساختار پوشش پلیمری با بهبود خواص پوششی، رهاسازی عناصرغذایی را کنترل می کند. بعد از گذشت 120 دقیقه میزان رهاسازی اوره از سه فرمولاسیون A، B و C به ترتیب 3/63، 41/48 و 85/66 درصد برآورد گردید که تفاوت معنی داری با هم داشتند. علاوه بر این نتایج نشان داد که با افزایش تعداد لایه پوششی زمان رهاسازی اوره و فسفر افزایش می یابد در حالیکه رهاسازی پتاسیم با افزایش لایه پوششی روند مشخصی نداشت و غیرقابل پیش بینی بود. با افزایش دما میزان رهاسازی اوره افزایش یافت. بررسی اثر اندازه ذرات بر رهاسازی اوره نشان داد که دانه های گرانوله  پوشش داده شده بزرگتر از 2 میلی متر میزان رهاسازی کمتری نسبت به دانه های گرانوله کوچکتر از 2 میلی متر داشتند.
    کلیدواژگان: اوره، لاتکس نانوکامپوزیت پلیمری، نانوذرات بیوچار، نشاسته، NPK
  • پریسا کهخا مقدم، علی نقی ضیائی*، کامران داوری، امین کانونی، صدیقه صادقی صفحات 2921-2935
    آب یکی از مهمترین عوامل تامین امنیت غذایی جمعیت رو به رشد جهان است. محدودیت منابع آب کشور و همچنین رقابت فزاینده ی بخش های مختلف جهت استفاده از آب، مدیریت بهینه از منابع آبی را ضروری می سازد. در شبکه های آبیاری استراتژی های مختلفی برای مدیریت منابع آبی به کار گرفته می شود. یکی از این موارد، تخصیص بهینه آب و زمین است. در این پژوهش یک مدل بهینه ساز تخصیص آب و زمین با هدف بیشینه سازی سود اقتصادی، بر مبنای الگوریتم ژنتیک و استفاده از مدل گیاهی AquaCrop plug-in ارایه شده است. برای این منظور کدنویسی سی شارپ (C#) در فضای ویژوال استودیو انجام شد. برای سنجش کارایی مدل، اراضی تحت پوشش یکی از کانال های شبکه ی آبیاری مغان بررسی شد. در این مدل سال زراعی به 36 دوره ده روزه تقسیم و عمق آب آبیاری در هر دوره و مساحت زیر کشت نیز به عنوان متغیرهای تصمیم در گرفته شدند. نتایج نشان داد بیشترین درصد افزایش میزان سود اقتصادی مربوط به گیاه ذرت دانه ای کشت اول، یونجه و گندم به ترتیب با 9، 3/7 و 7 درصد است. این در حالی است که کمترین افزایش میزان سود اقتصادی مربوط به گیاه ذرت دانه ای کشت دوم و سویا است. حجم آب تخصیص یافته در حالت بهینه به میزان 7/14 درصد کاهش یافت، اما در مقابل سود اقتصادی با افزایش 7/5 درصدی همراه بود. لذا تخصیص بهینه آب در این منطقه بیش از افزایش سود اقتصادی، صرفه جویی در مصرف آب را تشویق می کند.
    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک، سود اقتصادی، مدل AquaCrop plug-in
  • مسلم برجی حسن گاویار، علی اکبر نظری سامانی*، سادات فیض نیا، حسن فتح آبادی صفحات 2937-2954

    در این تحقیق محتوای فلزات سنگین (Zn، V، Ti، Pb، Ni، Mn، Cu، Cr و As) در 40 نمونه خاک و رسوب به همراه پنج نمونه رسوب معلق در آبراهه های حوزه لانیز کرج مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به فعالیت عمرانی به ویژه احداث آزادراه تهران - شمال در این حوزه، شاخص های آلودگی تک عنصره شامل Contamination Factor (CF)، شاخص زمین انباشتگی (Igeo) ، فاکتور غنی شدگی نرمال شده (EF) و فاکتور پتانسیل ریسک اکولوژیک تک عنصره (ER)؛ به همراه دو شاخص چند عنصر  Pollution Load Index (PLI) و ریسک اکولوژیک (RI) استفاده شدند. همچنین از تحلیل مولفه های اصلی و آنالیز خوشه ای برای گروه بندی عناصر و نمونه ها استفاده شد. نتایج  PCA نشان داد که دو گروه از عناصر با منشاء طبیعی و انسانی-طبیعی قابل تفکیک است. نتایج آنالیز خوشه ای بیانگر تفکیک 50 درصد نمونه های مرتبط با آزادراه در دو خوشه مجزا می باشد. براساس شاخص های CF، آلودگی شدید آرسنیک و سپس سرب و منگنز در نمونه های رسوب معلق و خاک مرتبط با آزادراه حاکم است. این آلودگی در شاخص Igeo برای آرسنیک نیز وجود دارد. همچنین براساس این شاخص اکثر نمونه های رسوب معلق مرتبط با آزادراه دارای کلاس شدید آلودگی از همه عناصر هستند. اما براساس شاخص غنی شدگی اصلاح شده با عنصر منگنز فقط یک نمونه متاثر و دو نمونه غیر متاثر از آزادراه دچار غنی شدگی شدید هستند و سایر نمونه ها غنی شدگی کم یا متوسطی دارند. بر خلاف شاخص های تک عنصره، در شاخص های تجمعی PLI و RI نمونه های رسوب معلق و خاک مرتبط با آزادراه دارای بار آلودگی و ریسک اکولوژیک پایینی هستند. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده جداگانه از شاخص های منفرد یا شاخص های یکپارچه آلودگی نمی تواند واقعیت آن در حوزه را نشان دهد.

    کلیدواژگان: فلزات سنگین، آلودگی، شاخص آلایندگی، ریسک اکولوژیک، آنالیز چند متغیره
|
  • Aryan Heidari Motlagh, Aliheidar Nasrolahi *, Shadman Veysi, Majid Sharifipour Pages 2701-2720

    The remote sensing technique is a suitable method for estimating actual evapotranspiration (ETa) at the large-scale due to spatial and temporal resolution. The present study aims to assess the ETa using the SEBAL and different algorithms to survey the effect of the LST and their impact assessment on the ETa fluctuation. Field measurement, including canopy temperature and the volume of inflow and outflow of water consumption was done based on lysimeters during 2018-2019. After the necessary pre-processing on the satellite images, the Land Surface Temperature (LST) was estimated using Planck's and split window algorithms. The result showed that the performance of Split window was better than to the Planck algorithm. Also, ETa was estimated by the SEBAL algorithm based on two temperature scenarios including the Planck and split window. The results showed, the cold pixel of SEBAL algorithm had compliance with the Lysimetric measurement. Moreover, the cold pixel of the split window algorithm with RMSE=0.56, NRMSE=0.084 and NS=0.992 (mm/day) had the highest consistency with the lysimeter data. Also, the rMBE index of the split window algorithm was associated with underestimation in the range of -4.07 to -3.22%, while the Planck function algorithm fluctuated with overestimation in the range of 4.76 to 12.65%. This research has been verified to the cold pixel of satellite for crop with no stress conditions and for better investigation at crop stress condition, precise instruments are needed.

    Keywords: cold pixel, remote sensing, sebal algorithm, Lysimetric
  • Mahboobeh Abolhasani Zeraatkar *, Amir Lakzian Pages 2721-2738
    Soil enzymes are involved in processes such as decomposition of organic matter, food chain cycle, and degradation of contaminants. Therefore, it is very important to protect activity and stability of soil enzymes. This research was conducted at Ferdowsi University of Mashhad in 2017. In the present study, two types of organo-montmorillonites were produced by intercalating montmorillonite with magnetite nanoparticles and with an exopolysaccharide. The properties of the produced organoclays were studied using XRD and scanning electron microscopy (SEM). Effects of application of organo-montmorillonites to the soil on activities of urease, phosphatase, and dehydrogenase were investigated. The experiments were carried out using the completely randomized design with factorial arrangement employing four clay types (montmorillonite, NMM or montmorillonite intercalated with magnetite nanoparticles, ENMM or montmorillonite intercalated with both the exopolysaccharide and magnetite nanoparticles, and the control) at five durations (1, 3, 7, 14, and 21 days) with three replications. SEM images revealed that the best morphological changes happened in ENMM. Morphology images of this organoclay showed that it had small layers with abundant pores, the exopolysaccharide surfactant completely separated the clay layers and created abundant pores thus preventing nanoparticle aggregation. Results of the statistical analysis indicated that adding MM, NMM, and ENMM to the soil increased urease activity by 1.4-, 1.5-, and 3-fold, respectively. Moreover, activity levels of phosphatase enzyme increased by 1.1-, 1.3-, and 1.5-fold when MM, NMM, and ENMM were added to the soil, respectively and dehydrogenase activity increased by 1.1-, 1.2-, and 1.3-fold when MM, NMM, and ENMM were applied to the soil, respectively. Results indicated that the change in the soil environment surrounding the enzymes with the exopolysaccharide surfactant and magnetite nanoparticles increased activity and stability of enzymes in soil during the 21-day incubation period.
    Keywords: montmorillonite, X-ray diffraction, Scanning Electron Microscopy
  • Azadeh Sedaghat *, Niazali Ebrahimipak, Arash Tafteh, Seyed Narges Hosseini Pages 2739-2757

    Introduction:

    Reference evapotranspiration (ET0), a complex hydrological variable affecting crop water requirements and irrigation scheduling, is defined by a number of climatic factors that have an impact on water and energy balances. On the basis of accurate climatic data, conventional methods for calculating ET0 include a variety of empirical approaches. But there are a lots of locations where different climatic information might not be available for ET0 estimation.

    Objective

    The objective of this study is to evaluate different data mining methods to estimate ET0 with limited meteorological data. This study aims to answer the question: can reference evapotranspiration be estimated without reducing accuracy, regardless of the availability of all variables? In this research, the accuracy of data mining methods in estimating ET0 with respect to the plant water demand system (FAO Penman-Monteith standard method) was evaluated

    Materials and methods

     Data such as sunshine hour, air temperature, wind speed, and relative humidity from thirteen climatology stations in the Zanjan province over a ten-year period (2010-2021) were collected. The ET0 was calculated using the FAO56 Penman-Mantith method on a daily time scale (as refrence method) and the estimated values obtained by data mining methods (Artificial Neural Network (ANNs), Random Forest (RF) and Support Vector Machine (SVM)) were evaluated. The data from each station were divided into two sets: training (two-thirds of the data) and testing (one-third of the data) in order to calibrate and validate the proposed methods. Finally, based on NRMSE, RMSE, MBE, and EF criteria, the generalizability of the aforementioned methods for estimating ET0 was examined.

    Results and discussion

     According to the results, ANNs performed better than SVM and RF methods. The mean values of, RMSE, EF and NRMSE criteria for the ANNs method in the training and testing steps were 0.49, 0.94 and 0.14, respectively. The mean values of these criteria for RF method in the training step were 0.49, 0.94 and 0.14 and in the testing step was 0.52, 0.94 and 0.15, respectively. The mean values of these criteria for the SVM method for both (training and testing) steps were 0.52, 0.94 and 0.15, respectively.The average air temperature is the most significant and effective parameter to estimate ET0, according to more than 92 percent (12 stations) of the results obtained from two ANNs and RF methods. The sunshine hours is the second-most crucial and useful input in estimating ET0, according to more than 84 percent (11 stations) of the results. As a result, using four meteorological variables such as average air temperature, average relative humidity, wind speed, and sunshine hours as input, excellent performance can be achieved. The NRMSE values obtained from ET0 estimation did not exhibit regular variations with the average values of parameters (temperature, humidity, wind speed, sunshine hours, slope percentage).

    Conclusion

    It was found that the average air temperature was the most crucial and useful parameter as a result of the sensitivity analysis of the ANNs method and the Predictor Importance of the RF method. According to the current study, Pari and Zanjan stations outperformed than the other stations in Zanjan province, probably due to their plainer conditions. The results of the current study will help to estimate ET0 for semi-arid climates where ET0 is critical for agricultural water resource management.

    Keywords: Evapotranspiration, Random forest, Artificial Neural Network, Penmanmonteith model, Support Vector Machine
  • Leila Radfard, Behzad Hessari *, Vahid Rezaverdinejad, Jamal Ahmadaali Pages 2759-2774

    Saving, optimizing water consumption, and improving productivity and efficiency indicators in agricultural sector are important and necessary. Miandoab region is of particular importance as a model of reducing consumption in order to conserve real water for the restoration of Lake Urmia. This research was conducted to evaluate water consumption reduction scenarios at the farm level using AquaCrop plant model in Miandoab region. For this purpose, the information on farms related to the sustainable agriculture project of Iran's Wetlands Protection Plan in Miandoab region was used. The data from the first year (the crop year 2016-2017) and the second year (the crop year 2017-2018) were used for model calibration and validation, respectively. The evaluation of statistical indicators shows the accuracy and high ability of the model in simulating grain yield. After the calibration and validation of the model, the irrigation planning scenarios were analyzed and evaluated in the form of reducing irrigation depth by 10, 20, and 30% for the conditions of the second year. The results of field measurements in 2017-2018 showed that the average irrigation depth and the applied irrigation (Irrigation + effective precipitation) for wheat were 405.44 and 580.44 mm respectively and mean grain yield was 8340 kg/ha, then irrigation water productivity and applied irrigation productivity were 2.27 and 1.52 kg/ , respectively. Also, the results of the study of deficit irrigation scenarios showed that the S3 scenario (30% irrigation water reduction) will reduce only 10% crop yield and water productivity will increase from 1.53 to 1.72 kg/ . The values of water productivity indices were calculated using balance components and performance simulated by the model for each farm. In general, the results showed that it is possible to increase the grain yield of wheat and water productivity using AquaCrop model for proper and accurate irrigation planning and crop management improvement, in order to save and conserve water on a farm scale.

    Keywords: Crop yield simulation, Improving Water productivity, Field water management, Wheat, AquaCrop model
  • MohammadHosein Taghikhani, Somayeh Sima *, Iman Raissi Dehkordi, Neamat Karimi Pages 2775-2791

    Monitoring land surface temperature (LST) using remote sensing data and examining its temporal and spatial variation is important in various studies such as environmental research, land use change, water resources management, and drought monitoring, especially at local scales. Remote sensing data can provide a long-term and continuous spatial coverage of LST. However, LST data retrieved from thermal infrared (TIR) band imagery have a coarser spatial resolution than surface reflectance (SR) data collected from shortwave bands on the same instrument. LST products with high spatial and temporal resolutions are not yet available. Therefore, several downscaling algorithms to produce high-resolution LST maps from sensors with appropriate temporal resolution have been developed recently. In this study, thermal sharpening of land surface temperature obtained from Sentinel-3 satellite images with a spatial resolution of 1 km and temporal resolution of less than 1 day was carried out using the PyDMS model and Sentinel-2 images to produce LST maps with a spatial resolution of 20 meters for Isfahan, Iran. PyDMS is a machine learning algorithm based on decision tree regression that relates the reflectance of high-resolution bands to the LST of the corresponding low-resolution image. The results of this model have been compared against the LST measurements at a depth of 5 cm in three meteorological stations including Isfahan Airport, Isfahan, and Kaboutarbad. Moreover, LST products of MODIS and Landsat-8 have been used to assess the consistency of the sharpened LSTs. The results show that the correlation coefficient is higher than 0.74 in all 3 stations and the RMSE error is equal to 6.7, 4.0 and 15.5 °C in Isfahan, Kabutrabad and the airport, respectively. Moreover, the spatial pattern of the sharpened LST is compatible with the spatial pattern of the LST products of Landsat 8, Sentinel 3 and MODIS. The findings of this study indicate the promising application of the PyDMS algorithm for producing LST maps with a spatial resolution of 20 meters and temporal resolution of fewer than 7 days, though bias correction using in situ LST can improve results. Production of LST maps with both high spatial and temporal resolutions is extremely useful for many practical applications such as soil and crop management practices, evapotranspiration estimation, and irrigation water management.

    Keywords: Satellite-derived Land surface temperature, Sharpening, thermal remote sensing
  • Homa Noghankar, Mahmoud Raeini, MohammadAli Gholami Sefidkouhi *, Majid Mobini Pages 2793-2807

    Short-term prediction of daily plant evapotranspiration (ET) is of great importance in precision agriculture and irrigation management. In this paper, a method for short-term prediction of daily ET maps of rice is presented using satellite images and machine learning algorithms. After merging the bands of Landsat-8 and MODIS images using the STARFM method, daily ET images were produced using the METRIC algorithm and used to predict the ET maps of the following days as input to the relation vector machine (RVM) and long short-term memory (LSTM). Two scenarios were considered for prediction. In the first scenario, model is trained using image of nth day of the growth period as input, and the n+6th day's image as target. Using this configuration, the model can predict ET images at a six-day timestep. In the second scenario, the forecast was made for consecutive days up to six days.The correlation coefficient between the values obtained by RVM and the values calculated by METRIC for the first and second scenario were 0.89 and 0.84, respectively, which indicates the acceptable accuracy of these two scenarios in predicting ET. In the first scenario, R2 values for RVM and LSTM methods were 0.8 and 0.59, respectively, which shows that RVM is more accurate for evapotranspiration prediction compared to LSTM. The values of RMSE for RVM in the first and second scenarios were 0.56 and 0.82, respectively, and the values of MAE were 0.43 and 0.66, respectively, which indicates a lower error in the configuration of the first scenario.

    Keywords: LSTM METRIC algorithm, Relevance Vector Machine, Satellite image fusion
  • Lida Vasel, Ahmad Farrokhian Firouzi *, Ataallah Khademalrasoul Pages 2809-2824

    Prioritizing critical source areas and using the best management practices, including agricultural and conservation management, are effective methods to reduce erosion in catchments.The main objective of this research was to evaluate the impact of agricultural and conservation management on surface runoff and sediment yields in Dashte Bezorg catchment, Khuzestan, Iran using the ArcSWAT model.The data was collected in 2021. The Sequential Uncertainty Fitting was applied for Calibration and validation. The model was calibrated from 2004 to 2015 and validated from 2016 to 2021 for surface runoff. Furthermore, calibration and validation of sediment yields were performed for the statistical periods of 2004-2013 and 2014-2019, respectively. The performance of the model was evaluated by four objective functions (NS, R2, BIAS, and RSR). The model was then applied to predict critical source areas for sediment yields and surface runoff. Agricultural management practices in four crop rotation scenarios (“wheat-wheat-wheat”, “wheat-rice-wheat-mung bean-wheat”, “rice-mung bean-wheat” and “wheat-potato-tomato”), residue management scenarios (No residue and 50 percent of the residue) and three tillage scenarios (conservation tillage, no-tillage, and conventional tillage) were evaluated. Conservation management scenarios were focused on contouring, strip cropping, terracing, vegetated filter strip, and the grassed waterway scenarios (width of 5 and 10.4 meters).The sensitivity analysis showed that ALPHA_BF (Baseflow alpha factor) and RCHRG_DP (Deep aquifer percolation fraction) parameters were identified as the most effective base flow parameters. The objective function values (NS, R2, BIAS, and RSR) were 0.7, 0.72, 3.7, and 0.55 for surface runoff during calibration, and 0.74, 0.75, 2.1, and 0.51 during the validation period, respectively. These results indicated that the ArcSWAT model performed well in estimating surface runoff but was not satisfactory for sediment yields.Collecting sediment data only during floods resulted in large uncertainty in the input data, and the uncertainty in the inputs produced a large uncertainty in the 95 Percent Prediction Uncertainty (95PPU) bands. Subcatchments 5 and 17 were critical source areas for surface runoff and subcatchments 4, 9, 14, and 16 were also identified as critical source areas for sediment in the catchment. The application of agricultural management practices showed that the cultivation of wheat for three consecutive years increased surface runoff and sediment loss under no-tillage and Conservation tillage. The result of conservation management scenarios indicated that the difference in the width of the grassed waterway had no significant effect on reducing the sediment load. The terracing and vegetated filter strip scenarios were more effective than the other conservation scenarios on sediment reduction.The findings of this study showed that the application of conservation management scenarios can significantly reduce sediment yields compared to agricultural management. It is also recommended to avoid continuous cultivation of the same crop as much as possible.

    Keywords: agricultural management, Conservation management, Contouring, Sediment, Terracing
  • Hossein Rabbaniha *, Shima Kabiri, Bijan Nazari, Razieh Analouei Pages 2825-2837
    Wetlands play an essential role in the ecosystem and have a significant impact on people's lives, so the restoration of destroyed wetlands is vital. With the lack of water sources, municipal and industrial wastewater can be used as alternative water sources for various purposes. Due to the presence of contamination in wastewater, the use of wastewater carries risks depending on which purpose it is used for. In this study, the risk of using Alborz Industrial Town treated wastewater in Qazvin province to restore Allahabad Wetland has been investigated. First, by visiting the project's origin, route, and destination and holding numerous meetings with experts involved in the project, influential factors were identified within the scope of the project. Then, an integrated hierarchical structure was created to express these factors. This structure starts from the initial nodes which are the quality of the effluent and leads to the final node. Using the water quality data of the Alborz Industrial Town treatment plant that were collected in the year of study and collecting the opinion of 20 experts in the form of a questionnaire in order to evaluate each node, the risk of the wastewater transfer project to Allahabad Wetland was calculated using the Bayesian network method. The academic version of GeNIe software was used to calculate the risk using the Bayesian network method. The results showed that among the middle nodes of the risk structure, the lowest and highest values are related to the nodes of heavy metals in the health environment risk subgroup and the increase of implementation costs in the economic subgroup. Despite the fact that the effluent quality is within standard limits in most parameters, environmental, cultural, social, economic and technical health risks are equal to 44, 47, 50 and 49%, respectively. The total risk of the project, which is the result of four risks, was calculated as 49%. According to the acceptable quality of wastewater and the calculated risks, the nodes and weights of other economic, technical and social sectors have influenced the final risk. Therefore, to reduce the risk of the project, these parts should be examined. The technical and economic part of the project has more potential for project failure. Before implementing the project, various environmental, social, technical, and economic dimensions should be carefully examined and the possibility of creating risk should be minimized. To reduce the risk of the wastewater transfer project to the wetland, pollutants such as heavy metals must first be removed from the wastewater, and social tensions should be prevented by increasing the awareness of the people of the region and also by allocating water quotas. Allahabad Wetland plays an important role in the ecosystem and people livelihood of the region, and with a more detailed examination of the dimensions of the plan and risk reduction in the four environmental, social, economic, and technical sectors, the implementation of the wastewater transfer project to Allah Abad Wetland can be effective in its restoration.
    Keywords: GeNIe model, Heavy metals, Wastewater transfer, Wastewater treatment
  • Katayun Faraji, Shahla Paimozd *, Mahdi Rahimi Pages 2839-2861
    Introduction
    available water resources and their management are very important in preserving and sustaining the development plans of a country, along with providing foodstuffs. Meanwhile, the main tributaries and flooded rivers of a country play a vital role. There are also very important rivers in Iran, one of which is Ghezel Ozan. This river originates in Kurdistan province and it reaches Gilan province after it passes through downstream provinces and joins Sefid-Rud river after which it is called Qezel Ozen of Sefid-Rud river and enters the great dam of Sefid-Rud. In the meantime, considering small details of the area, modeling will provide a faster and more accurate investigation so that managers can use it. In this regard, there are two views, dynamic and linear. In this research, the mechanistic view was used as a decision support system due to the available feedback, holistic thinking, and the possibility of using the model. Then the problems of the region were evaluated by identifying generic archetypes.
    Materials and methods
    The current research has dealt with the dynamic simulation of the surface water resources allocation in upstream Sefid-Rud basin during the years 1990 to 2019 in two annual and monthly scales. During 1990 to 2011 when the dams had not yet started to operate, simulation was conducted by considering about 30 intervals in the mainstream of the rivers and tributaries of Kurdistan province, part of Zanjan province, and a small area of Hamadan province precipitation, discharge and ground waters as well as all agricultural products, domestic and industrial amounts as input.
    Results and discussion
    The annual scale of the model structure, with MAE, RMSE, and R2 scales of 0.098, 0.087, and 0.980, respectively, confirmed the accuracy and precision of the model along with the test of the limit conditions that are specific to the dynamic system. Due to the construction of dams, since 2010, monthly simulations were carried out in two sections, before and after the dams' operation. Before the operation of the dams, the values of MAE, RMSE, and R2 were equal to 0.052, 0.103, and 0.940, respectively, confirming the high efficiency of the model. From 2011 to 2019, modeling was defined so as during the first 6 months of water year, water withdrawal was done from the river and during the second 6 months it was done from the dam. All the specifications of the dams along with the needs of the region were simulated in all intervals on a monthly scale. In the meantime, according to the dynamic simulation, the feedback and causal loops formed by them formed patterns that corresponded to the generic archetypes of the region. With the start of the dams, the escalation archetype, limits to growth archetype, and fixes that fail archetype were activated and the increase in water withdrawal was observed in all intervals, whether with the construction of the dam or not.The results showed that despite the drop of aquifers to an average amount of 30 meters in the whole period and 6.35 meters after the construction of dams, in addition to a 90% reduction in discharges, there was an increase in water withdrawal and despite the severe reduction of water resources, the area under cultivation in dealing with escalation archetype has increased by four times, and following the limits to growth archetype, there has been a very sharp decrease to about 3 times. On average, in the region, the area under cultivation has increased by 2.8 times, at the highest value by 4 times and at the lowest value by 1.6 times. The results indicate that, dam construction led to inappropriate exploitation in the region.
    Keywords: Generic Archetypes, System Dynamics, VENSIM, water allocation
  • Seyed Muhammadreza Tabatabaei, Teymour Sohrabi *, Alireza Mohebalhojeh, Abdolhossein Hoorfar Pages 2863-2873

    The Hargreaves-Samani method of estimating reference evapotranspiration (ETo) has been recommended by irrigation and drainage paper No.56 of the Food and Agricultural Organization of the United Nations (FAO)  in the situations that weather data are missing. since the method requires just measured temperature, the it has been used in several studies over the past decades. FAO paper No. 56 and other investigations has mentioned that Hargreaves-Samani method is an overestimating method in humid cliamtes. Hence, the method has been calibrated for different site and situations. This issue made the purpose of the current study. In this study, the history of the development of Hargreaves-Samani method has been reviewed. Thus, an equation for adjusting humidity condition is discussed. To compare the goodness of models,  ETo was calculated based on 3 different methods 1) Hargreaves-Samani method 2) Allen modified method of Hargreaves-Samani, and 3) the modified method of Hargreaves-Samani based on relative humidity. Also ETo was calculated according to FAO Penman-Montith method as a control estimation. The values were calculated for monthly weather reports of 4,169 stations from CLIMWAT v2.0 all around the world. The results showed that the Hargreaves-Samani’s method has a weakness of estimation under extreme conditions. Interestingly, the corrected method improved precision of the estimations especially in arid and semi-arid locations.

    Keywords: FAO Penman-Monteith Equation, Hargreaves-Samani Equation, Reference Evapotranspiration Water-Energy Balance
  • Mehdi Panahi *, HamidReza Rahmani, Hossein Sharifi Pages 2875-2884

    In order to investigate the effect of using treated wastewater in agriculture on the chemical quality of groundwater at the northern region of Isfahan, an area of 6000 hectares was studied during the years 2018 and 2019 by sampling 46 wells. The location of the studied wells was in two areas under long-term irrigation with effluent for at least 10 years and the control area. Chemical parameters of the samples such as electrical conductivity (EC), chemical reaction (pH), anions including bicarbonate, sulfate, chloride, nitrate and cations including calcium, magnesium and sodium were measured. The results showed that the effect of using treated wastewater on groundwater quality of the region, in shallow and deep wells has a different behavior. Due to the long-term use of treated wastewater for irrigation of agricultural lands, none of the chemical parameters of the deep wells were significant in compared to the control area. But, in area with shallow groundwater, the chemical parameters of EC, bicarbonate (HCO3) and chlorine (Cl) were significant at 5% level as compared to the control. Most of the wells in this area are deep and only 8% of the wells are shallow. Therefore, according to the results, the use of treated wastewater for agriculture in this region has a negligible effect on the chemical quality of deep groundwater and therefore is recommended for use in agriculture.

    Keywords: Groundwater, Chemical quality, Wastewater, Agriculture
  • Mosayeb Moqbeli Damane, Mahdi Gholami Sharafkhane, Seyed Hossein Sanaeinejad *, Mojtaba Sadegh Pages 2885-2903

    The accurate separation of evapotranspiration components is one of the key gaps in evapotranspiration research. Knowing this variable as well as the mechanism of separating its components to determine the exact value of the components of the water balance equation in relation to planning and managing water resources, optimizing crop production, designing irrigation systems, evaluating crop performance, identifying plant stresses and the impact of drought, and also evaluating the effects of climate change is very important on the efficiency of water consumption. In this research, the efficiency of Two-Source Energy Balance (TSEB) model was evaluated to separate the components of this parameter. In this regard, the outputs of TSEB model were compared and evaluated with the outputs of the standard FAO-56 dual crop coefficient method in the corn field located in the agricultural research station of Ferdowsi University of Mashhad. For this purpose, four Landsat 8 satellite images were used between planting and harvesting corn plants in the spring and summer planting seasons of 2021. The results of this research showed that despite the closeness of two methods (TSEB and FAO-56 dual crop coefficient method with R2=0.94) in terms of total values of evapotranspiration, there is a big difference between the two methods in terms of detail components (R2=0.46 for transpiration and R2=0.75 for evaporation). This difference can be due to the overestimation of the transpiration amount and underestimation of the evaporation amount in the dual crop coefficient method, and because the FAO-56 dual crop coefficient method estimates transpiration and evaporation values and it can be associated with some error, it cannot be said for sure that the TSEB model is not accurate enough. Also, comparing the ratio of transpiration to evapotranspiration in this research (0.77) with the results of other researchers (0.75-0.88) showed that the outputs of the TSEB model are within the permissible range and provide reliable outputs.

    Keywords: Evapotranspiration Partitioning, FAO-56 dual crop coefficient, Landsat 8, remote sensing, TSEB
  • Mehri Salimi, Elaheh Motamedi *, Babak Motesharezadeh Pages 2905-2919
    In this study, a new approach was used to reduce the solubility of chemical fertilizers. This research was conducted in Karaj Biotechnology Research Institute in 2020. Granular urea and fertilizers were coated with starch-based polymer nanocomposite latex with three different formulations A (without nanoparticle), B (containing nanoparticle), and C (commercial latex) using a rotary drum machine. The effects of different factors such as temperature, number of coating layers and particle size on the release rate of nutrients were investigated. The results of the field emission scanning electron microscope (FESEM) analysis showed that the starch-based polymer nanocomposite formed a completely uniform and smooth coating film on the surface of urea granules. Fertilizers coated with formulation B (containing nanoparticles) showed higher efficiency. Therefore, the presence of natural char nanoparticles in the structure of the polymer coating controlled the release rate of nutrients by improving the coating properties. After 120 min, the release rate of urea from three formulations A, B and C was estimated to be 63.3, 48.41 and 66.85%, respectively which were significantly different from each other. In addition, the results showed that with increasing the number of coating layer, the release time of urea and phosphorus was increased while the release of potassium did not show a definite trend with increasing the coating layer and was unpredictable. With increasing temperature urea release was increased. Investigation of the effect of particle size on urea release showed that coated granules larger than 2 mm had less release rate than granules smaller than 2 mm.
    Keywords: Nanobiochar, NPK, polymer nanocomposite latex, starch, Urea
  • Parisa Kahkhamoghadam, Alinaghi Ziaei *, Kamran Davary, Amin Kanooni, Sedigheh Sadeghi Pages 2921-2935
    Water is one of the most important physical factors to provide the food security of the world’s growing population. The limitation of Iran’s water resources, as well as the increasing competition of different sectors for the use of water make the optimal management of water resources necessary. Different strategies are used in irrigation networks for water resources management. One of these strategies is optimal allocation of water and land. In this research, an optimization model for water and land allocation with the aim of maximizing economic benefit is presented based on genetic algorithm and using the AquaCrop plug-in model. For this purpose, #C coding was done in Visual Studio. In order to measure the model performance, the lands covered by one of the Moghan irrigation network channels were investigated. In this model, the agricultural year was divided into 36 periods of ten days. The irrigation water depth in each period and the cultivated area were considered as decision variables. The results show that the highest increase in percentage of economic benefit is related to the first-cultivation maize, alfalfa and wheat by 9, 7.3 and 7 percent respectively. Although the lowest increase in economic benefit is related to the second-cultivation seed maize and soybeans. The optimal allocated water volume was decreased by 14.7 percent, meanwhile the economic benefit was increased by 5.7 percent. Therefore, the optimal water allocation in this region encourages saving water consumption more than increasing economic benefit.
    Keywords: AquaCrop model, Economic Benefit, Genetic Algorithm
  • Moslem Borji Hassangavyar, AliAkbar Nazari Samani *, Sadat Feiznia, Abolhasan Fathabadi Pages 2937-2954

    Water and soil play an important role in all human environmental activities and controling physical, chemical and biological processes in the environment. The existence of limitations of water resources, especially the fresh water of rivers and dams, makes it necessary to pay more attention to them against pollution. Contamination of water and soil with heavy metals are serious environmental pollutants that enter the environment in many different ways with natural and human origin and cause serious damage. Karaj Dam is one of the most vital sources of drinking water supply in the metropolis of Tehran, which faces a serious risk of pollution due to the development of human activities. This study investigated the concentrations of heavy metals (Zn, V, Ti, Pb, Ni, Mn, Cu, Cr, and As) in 40 soil samples and sediments, as well as five suspended sediment samples, in the river of the Laniz watershed in Karaj, Iran. Due to the construction activities in the watershed including the construction of the Tehran-North Freeway, the natural condition has been affected over the past decade and therefore need to use and new inventory method to separate the effects of natural geochemical from humane effects. The single-element indices of contamination factor (CF), geoaccumulation index (Igeo), normalized enrichment factor (EF), and ecological risk potential factor (ER), as well as two multi-element indices of pollution load index (PLI) and ecological risk index (RI), were employed. At first the elements and samples were grouped by principal component analysis (PCA) and cluster analysis. FA distinguished two groups of elements; called natural and human-natural origins. The cluster analysis divided 50% of the freeway-affected samples into two distinct clusters. Based on the CF index, the As contamination was extreme in the suspended sediment samples and soil samples related to the Freeway while the Pb and Mn carried out the next rank. Also, the single Igeo index revealed the high As contamination. Moreover, based on the Igeo, most suspended sediment samples related to the Freeway put in the extreme contamination class for all of the elements. However, the Mn-modified enrichment factor showed only one freeway-affected and two freeway-unaffected samples exhibited extreme enrichment, and the enrichment of other samples was low or moderate. Unlike the single-element indices, PLI and RI showed that the suspended sediment and soil samples related to the freeway had low pollution load and ecological risk. Compare of single and multiple contamination indices revealed an inconsistency of pollution risk that can be addressed into the background value (in single indices) and the toxicity response factor of the metals (in multiple indices). Results indicated that due to spatial-temporal changes of human effects, it would be better to use different values for both background and elements toxicity response. Therefore, to reach a reality image of contamination risk, more researches are needed to elucidate the mentioned standard value based on the regional variations.

    Keywords: Contamination index, ecological risk, metals, metalloids, Multivariate analysis