فهرست مطالب

تحقیقات آب و خاک ایران - سال پنجاه و چهارم شماره 4 (پیاپی 88، تیر 1402)

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و چهارم شماره 4 (پیاپی 88، تیر 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/04/17
  • تعداد عناوین: 8
|
  • فرزین پرچمی عراقی*، سید ابوالقاسم حقایقی مقدم صفحات 559-578

    در دست داشتن برآوردهایی معتبر از آب کاربردی فصلی و نمایه های ارزیابی عملکرد آبیاری در شرایط واقعی مدیریت آبیاری و بهره برداری اعمال شده در مزارع، پیش نیاز بهبود مدیریت منابع آب کشاورزی است. در پژوهش حاضر، آب کاربردی فصلی و نمایه های ارزیابی عملکرد آبیاری جو زمستانه در 25 مزرعه تحت مدیریت زارعین واقع در استان اردبیل (شهرستان های اردبیل، نمین، نیر و کوثر)، در فصل زراعی 1400-1399 مورد مطالعه قرار گرفت. نیاز آبی خالص جو در مزارع مطالعاتی در فصل زراعی 1400-1399 و میانگین 10 ساله آن به ترتیب، در دامنه 476 تا 652 و 403 تا 535 میلی متر برآورد شد (به ترتیب، با میانگین 530 و 449 میلی متر). مجموع آب کاربردی و بارش موثر فصلی (I + Pe) و عملکرد دانه جو به ترتیب، بین 266 تا 716 میلی متر و 14/0 تا 07/4 تن بر هکتار اندازه گیری شد (به ترتیب، با میانگین وزنی 475 میلی متر و 33/2 تن بر هکتار). در نتیجه محدودیت دسترسی به آب آبیاری، 3 تا 91 درصد (با میانگین وزنی 52 درصد) از عملکرد مورد انتظار جو آبی در منطقه (5/4 تن بر هکتار) محقق گردید. اثر سطح مهارت بهره برداران، تناوب زراعی، نوع منبع تامین آب آبیاری و روش آبیاری بر نمایه های بهره وری فیزیکی و اقتصادی آب، معنی دار (P < 0.05) بود. نتایج نشان داد در منطقه مطالعاتی، مزارع با منبع آب سطحی از بیشترین آسیب پذیری نسبت به شرایط خشکسالی، برخوردار هستند. بهبود انعطاف پذیری مدیریت آب در مزارع و کاهش اثرات مخرب روزهای گرم و پرباد در مرحله پرشدن دانه ها، می تواند بهبود نمایه های بهره وری آب را در پی داشته باشد.

    کلیدواژگان: آبیاری بارانی، آبیاری سطحی، تناوب زراعی، تنش خشکی، فائو پنمن- مانتیث
  • امیرحسین قربانی، رئوف مصطفی زاده*، محسن ذبیحی صفحات 579-595
    تخمین رژیم جریان طبیعی رودخانه برای برنامه ریزی منابع آب در یک حوزه آبخیز از اهمیت زیادی برخوردار است. آگاهی از وضعیت توزیع زمانی و مکانی جریان رودخانه می تواند سیاست گزاران و تصمیم گیران را در مدیریت منابع آب کمک شایانی نماید. در همین راستا، پژوهش حاضر با هدف تحلیل تغییرات شاخص تمرکز آبدهی جریان رودخانه (WYCI) طی سال های آماری 1353 تا 1397 در مقیاس های زمانی مختلف در 31 ایستگاه هیدرومتری استان اردبیل و تغییرات مکانی آن با استفاده از سامانه اطلاعات جغرافیایی برنامه ریزی شده است. در راستای دستیابی به اهداف، اقدام به محاسبه شاخص WYCI در کلیه ایستگاه های هیدرومتری منتخب در کلیه سال های آماری مطالعاتی شد و نقشه تغییرات مکانی شاخص مذکور با استفاده از روش معکوس وزنی فاصله تهیه شد. بر اساس نتایج، بیش ترین و کم ترین مقدار میانه آبدهی مربوط به فصل بهار (7/3) و تابستان (3/0) مترمکعب در ثانیه بوده است. در فصل های زمستان و پاییز مقادیر میانه آبدهی جریان به ترتیب برابر 5/2 و 3/1 مترمکعب در ثانیه بوده است. نتایج نشان داد که مقادیر میانگین شاخص WYCI در پاییز، زمستان، بهار و تابستان به ترتیب برابر با 9/11، 7/10، 8/13 و 2/15 هستند. علاوه بر این، وضعیت شاخص مورد بررسی برای دوره های خشک و مرطوب به ترتیب خیلی نامنظم (6/21) و بی نظمی متوسط (3/14) تشخیص داده شد. براساس یافته های پژوهش، ایستگاه های واقع در دامنه جنوبی سبلان (ایستگاه های لای، نیر، آتشگاه و یامچی) دارای رژیم منظم هستند و از رژیم برفی تغذیه می شوند. در حالی که ایستگاه های واقع در بخش شرقی استان از فصل پاییز به سمت فصل تابستان با افزایش مقادیر WYCI و در نتیجه بی نظمی بیش تر رژیم رودخانه متمایز می شوند. در مجموع می توان گفت که تحلیل تغییرات مکانی WYCI حاکی از وجود الگوی مکانی منحصر به فرد در مقیاس های زمانی متفاوت است و نیاز است تا در برنامه ریزی استفاده از آب در استان اردبیل مدنظر قرار گیرد.
    کلیدواژگان: توزیع مکانی، درون یابی، رژیم جریان، مدیریت منابع آب سطحی، مقیاس زمانی
  • رضا سعیدی* صفحات 597-612
    شبیه سازی دقیق میزان جذب آب در دوره رشد گیاه، باعث مدیریت بهینه مصرف آب می شود. این پژوهش در سال 1400 با هدف شبیه سازی اثر تنش شوری بر میزان جذب آب گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704، در فضای لایسیمتری و در قزوین انجام شد. آزمایش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی اجرا شد. اثر شوری خاک (فاکتور اصلی) شامل سطوح(S1) 5/0، (S2)7/1، (S3)5/2، (S4)5/3، (S5)5/4، (S6)5/5، (S7)5/6 و (S8)5/7 دسی زیمنس بر متر، در مراحل رشد (فاکتور فرعی) اولیه (P1)، توسعه (P2)، میانی (P3) و پایانی (P4) بررسی شد. برای شبیه سازی میزان کاهش جذب آب در شرایط کاربرد تنش شوری، از توابع ون گنوختن، ون گنوختن-هافمن، دیرکسن-آگوستیجن و ماس-هافمن استفاده شد. واسنجی مدل ها (توابع) با داده های واقعی در تیمارهای S1، S3، S5 و S7 و ارزیابی آن ها در تیمارهای S2، S4، S6 و S8 انجام شد. واسنجی مدل ها یک بار برای کل دوره رشد (با ضرایب ثابت) و بار دیگر با درنظر گرفتن حساسیت مراحل رشد گیاه (با ضرایب متغیر) انجام شد. در اثر افزایش شوری خاک، شیب کاهش جذب آب توسط گیاه در مراحل رشد P1 تا P4 و کل دوره رشد به ترتیب 81/6، 4/7، 13/9، 25/4 و 9/7 درصد برآورد شد. بیش ترین تا کم ترین حساسیت گیاه به تنش شوری، به ترتیب در مراحل رشد P3، P2، P1 و P4 مشاهده شد. نتایج نشان داد که واسنجی توابع برای کل دوره رشد گیاه، دقت کم تری برای تعیین میزان جذب آب در طول دوره رشد داشت. آماره های ارزیابی CRM، EF، R2، RMSE و ME به ترتیب با مقادیر 0005/0-، 993/0، 995/0، 016/0 و 031/0 نشان دادند که تابع خطی ماس-هافمن، مدل بهینه برای شبیه سازی میزان کاهش جذب آب بود. با درنظر گرفتن اثر حساسیت مراحل رشد گیاه در توابع کاهش جذب آب، می توان برآورد دقیق تری از میزان جذب آب و نیاز آبی واقعی گیاه داشت، که نتیجه آن افزایش بهره وری مصرف آب خواهد بود.
    کلیدواژگان: دوره رشد، ضریب تنش، مدل سازی
  • هادی کوهکن*، منوچهر مفتون، رامین کریم زاده، مریم سلیمی زاده، محمد صدیق مرتضوی صفحات 613-636
    امروزه با افزایش فعالیت های صنعتی و کشاورزی و به دنبال آن افزایش آلاینده ها، آلودگی خاک و آب به مشکل زیست محیطی مبدل شده است. افزایش آلاینده ها در خاک در شرایط اقلیم خشک و تنش های خشکی اثرات سوء بر شاخصه های زیستی دارد. در این پژوهش اثر توام کادمیوم در شش سطح (0، 5 ،10 ،20 ،40 و80 میلی گرم در کیلوگرم خاک) به صورت سولفات کادمیوم و سه دورآبیاری (2، 4 و 7 روزه) بصورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با 3 تکرار روی اسفناج ((Spinosa oleracea رقمViroflay  و کاهو (Lactuca sativa) در خاک آهکی با بافت رسی سیلتی انجام گرفت. نتایج نشان داد افزایش غلظت کادمیوم در خاک موجب کاهش معنی دار وزن خشک برگ و ساقه کاهو و اسفناج شد. درصد کاهش میانگین وزن خشک نسبت به شاهد در بالاترین سطح کادمیوم، در برگ و ساقه کاهو 63 و 46 درصد و در برگ و ساقه اسفناج 54 و 38 درصد مشاهده گردید. افزایش دور آبیاری وزن خشک هر دو گیاه را به طور معنی داری نسبت به شاهد کاهش داد. درصد کاهش وزن خشک در دور آبیاری 4 و 7 روزه نسبت به 2 روزه در برگ و ساقه کاهو 23 و 41، 31 و 63 درصد و در اسفناج 19 و 39، 24 و 49 درصد بود. افزایش سطوح کادمیوم غلظت این عنصر را در ساقه و برگ گیاهان افزایش داد و با افزایش دور آبیاری غلظت و جذب کادمیوم در برگ و ساقه اسفناج و کاهو کاهش یافت. نتایج این تحقیق نشان دهنده این مطلب بود که گیاه اسفناج دارای قدرت جذب و انتقال بیشتر فلز کادمیوم نسبت به کاهو بود. براساس شاخص حساسیت به تنش، تنش رطوبتی باعث کاهش تحمل به کادمیوم گردیده است و کاهش وزن خشک در سطوح مختلف کادمیوم نشان داد که تحمل ساقه دو گیاه به کادمیوم بیشتر از برگ است.
    کلیدواژگان: اسفناج، تنش خشکی، سطح برگ، کادمیوم، کاهو
  • عاطفه نورکی، منا گلابی*، محمد الباجی، عبدعلی ناصری، سعید همایونی صفحات 637-653
    برآورد و پایش زمانی-مکانی رطوبت خاک سطحی براساس مشاهدات سنجش از دوری (نوری و حرارتی) بدلیل ماهیت فیزیکی در شرایط پوشش گیاهی متراکم چالش برانگیز است که نیاز به بهبود و افزایش دقت تخمین رطوبت خاک در این مناطق را ضروری می سازد. لذا این پژوهش با هدف توسعه یک رویکرد جدید در برآورد رطوبت خاک سطحی در مزارع کشاورزی با شرایط پوشش گیاهی متراکم، براساس ترکیب داده های سنجش از دور نوری-حرارتی و اطلاعات فیزیکی خاک با استفاده از مدل های یادگیری ماشین انجام شد. بدین منظور از 16 تصویر ماهواره لندست-8 و بیش از 430 نقطه کنترل زمینی در طول دوره رشد گیاه نیشکر در سال زراعی 1399-1398 در منطقه کشت و صنعت نیشکر حکیم فارابی خوزستان استفاده گردید. 10 سناریوی مختلف براساس متغیرهای ورودی طراحی شد و سپس توسط پنج الگوریتم یادگیری ماشین شامل رگرسیون خطی چندگانه، مدل های مبتنی بر درخت تصمیم (classification and regression tree و M5-pruned) و مدل های مبتنی بر یادگیری جمعی (رگرسیون درختان توسعه یافته و رگرسیون جنگل تصادفی) مورد ارزیابی قرار گرفتند. مطابق با نتایج، بیشترین همبستگی متغیرها با رطوبت خاک سطحی در شاخص های خیسی خاک و رطوبت خاک نرمال شده با مقادیر ضریب همبستگی برابر 79/0 و 69/0 مشاهده شد. همچنین بیشترین دقت مدل های یادگیری ماشین بر اساس آماره هایR2 ، RMSE و MAE به ترتیب در مدل های رگرسیون درختان توسعه یافته (99/0، 011/0 و 001/0) و رگرسیون جنگل تصادفی (99/0، 014/0 و 007/0) به دست آمد. به طور کلی یافته های این پژوهش بیان گر اهمیت استفاده از ویژگی های بیوفیزیکی مستخرج از داده‏های ماهواره لندست-8 در ترکیب با مدل های یادگیری جمعی است که می تواند مستقل از هرگونه اندازه گیری زمینی باشد.
    کلیدواژگان: پوشش گیاهی متراکم، خصوصیات فیزیکی خاک، رطوبت خاک، سنجش از دور، مدل های یادگیری ماشین
  • لیدا واصل، احمد فرخیان فیروزی*، عطاالله خادم الرسول صفحات 655-673

    بهترین شیوه های مدیریتی راهکارهایی در راستای کاهش آلاینده های غیر نقطه ‎ای در حوضه های آبریز هستند. استفاده از این راهکارها مستلزم شناخت ویژگی های حوضه و سرمایه گذاری در حوضه های آبریز است. بر این مبنا کاربرد مدل های کامپیوتری به منظور شبیه سازی شرایط واقعی حوضه های آبریز کمک موثری به کاهش وقت و هزینه می کند. هدف از این پژوهش بررسی اثر سناریوهای مدیریتی مختلف بر هدررفت آلاینده های غیر نقطه ای در حوضه ی آبریز دشت بزرگ در ایران با استفاده از مدل ArcSWAT است. برای گردآوری داده های مشاهده ای، نمونه برداری از آب رودخانه از شهریور ماه 1399 تا خرداد 1400 انجام شد. داده های مشاهده ای ماه های شهریور تا اسفند برای واسنجی مدل و داده های مشاهده ای ماه های فروردین تا خرداد برای اعتبار سنجی مدل استفاده گردید. پس از شناسایی مناطق بحرانی، سه سناریو غیر سازه ای و پنج سناریو سازه ای به مدل اعمال شد. نتایج نشان داد که مدل ArcSWAT پیش بینی بسیار خوبی در برآورد بار آلاینده های غیر نقطه ‎ای (نیترات، نیتروژن کل و فسفر کل) داشته است. سناریوهای تناوب «گندم- سیب زمینی- گوجه فرنگی» و «گندم، برنج-گندم، ماش-گندم» بیشترین هدررفت نیترات و نیتروژن کل را نشان دادند درحالی که کمترین میزان هدررفت فسفر کل در تناوب «گندم- سیب زمینی- گوجه فرنگی» مشاهده شد. روش های تراس بندی و بافر گیاهی به عنوان روش های برتر کاهش بار آلاینده های غیر نقطه ‎ای شناخته شدند. یافته های این پژوهش نشان می دهد که انجام اقدامات مدیریتی در کاربری های غالب و در جهت کاهش درجه شیب می تواند بار آلاینده های غیر نقطه ‎ای را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد.

    کلیدواژگان: تناوب زراعی، خاک ورزی حفاظتی، مدیریت بقایا، فسفر، نیتروژن
  • محبوبه ابوالحسنی زراعتکار*، احمد تاج آبادی پور صفحات 675-693
    این مطالعه با هدف بررسی خصوصیات ریزوباکتری های بومی محرک رشد از قبیل تثبیت بیولوژیکی نیتروژن، انحلال فسفات، تولید سیانید هیدروژن و اگزوپلی ساکارید در راستای تهیه کود زیستی مناسب و کارآمد منطقه انجام شد. در این مطالعه، 135 باکتری از ریشه گیاه یونجه در خاک های شور و خشک استان کرمان جداسازی، غربالگری و شناسایی شد و برخی از ویژگی های محرک رشد بودن این ریزوباکتری ها هم مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ریزوباکتری ها از نظر توانایی تثبیت نیتروژن، انحلال فسفات های آلی و معدنی نامحلول در محیط کشت جامد و مایع، تولید سیانید هیدروژن و اگزوپلی ساکارید مورد بررسی قرار گرفتند. رشد ریزوباکتری ها در غلظت های مختلف کلرید سدیم (0، 1، 3 و 5 درصد) و غلظت های مختلف پلی اتیلن گلیکول 6000 (پتانسیل آبی 0، 1-، 2- و 5/3- مگاپاسکال) نیز مورد بررسی قرار گرفت. این بررسی ها نشان داد که 72 درصد ریزوباکتری ها در سطح 5 درصد نمک کلرید سدیم و 76 درصد در سطح پتانسیل آبی 5/3- مگاپاسکال تقریبا هیچ رشدی نداشتند. از طرفی 50 درصد ریزوباکتری ها توانایی تولید سیانید هیدروژن در شرایط شور را داشتند. سه باکتری SM16، SM65 و SM89 از کارآمدترین ریزوباکتری های تولیدکننده اگزوپلی ساکارید و دارای قدرت حل کنندگی فسفات بالا به ترتیب به میزان 102، 5/98 و 7/121 میلی گرم بر لیتر بودند و از طرفی جزء ریزوباکتری های مقاوم به تنش های غیرزیستی نیز قرار داشتند. بنابراین این سه سویه باکتریایی ایمن و کارآمد ممکن است پتانسیل خوبی برای تبدیل شدن به یک کود زیستی با کیفیت بالا جهت بهبود رشد محصولات زراعی در منطقه را داشته باشند.
    کلیدواژگان: اگزوپلی ساکارید، انحلال فسفات، تنش غیرزیستی، سیانید هیدروژن، کود زیستی
  • احمد امان جلیلی، محسن نجارچی *، سعید شعبانلو، رضا جعفری نیا صفحات 695-712

    استفاده از مدل های کوپل شده شبیه سازی-بهینه سازی برای استخراج منحنی فرمان بهینه سدها یکی از راهکارهای موثر برای مدیریت بهینه مخازن است. در تکنیک بهینه سازی معین، معمولا از داده های جریان تاریخی ورودی به مخزن برای استخراج منحنی فرمان بهینه سد استفاده می شود. ممکن است در سال های آینده با تغییر جریان ورودی به سدها پارامترهایی که بر اساس آن منحنی فرمان بهینه استخراج شده است ممکن است دیگر کارایی نداشته باشد و نتایج خارج از انتظار باشد. هدف از این تحقیق ارایه راهکاری برای استخراج منحنی فرمان بهینه در زمان واقعی است طوری که با تغییر جریان ورودی به سد در آینده بدون اجرای مجدد الگوریتم بهینه سازی و با استفاده از تکنیک هوش مصنوعی در کمترین زمان، منحنی فرمان بهینه سازگار با شرایط جدید را استخراج کرد. در این تحقیق از ترکیب الگوریتم چندهدفه NSGA-II و مدل شبیه ساز WEAP برای استخراج سیاست های بهینه بر اساس داده های تاریخی استفاده شد. سپس با استفاده از روش ماشین بردار پشتیبان و نتایج حاصل از خروجی الگوریتم بهینه سازی ساختار جدیدی توسعه داده شد تا بتوان منحنی فرمان بهینه را در زمان واقعی و بر اساس ورودی های جدید بدست آورد. نتایج نشان داد کمترین درصد تامین نیاز کشاورزی مربوط به ماه های تیر و مرداد به ترتیب به میزان 78 و 77 درصد و کمترین درصد تامین نیاز زیست محیطی مربوط به ماه شهریور و در حدود 64 درصد بود. همچنین منحنی فرمان بهینه مستخرج از ماشین های بردار پشتیبان نسبت به منحنی فرمان حاصل از الگوریتم NSGA-II در مرحله واسنجی و صحت سنجی دارای میانگین خطای کمتر از 5/2 درصد و ضریب تبیین 99/0 می باشد. لذا مدل ماشین بردار پشتیبان توسعه داده شده این قابلیت را داشته که با توجه به داده های جدید جریان ورودی به سد، سریعا سیاست های بهره برداری بهینه را به نحوی در اختیار قرار دهد که امکان مدیریت بهینه سیستم در زمان واقعی فراهم گردد.

    کلیدواژگان: زمان واقعی، NSGA-II، WEAP، ماشین های بردار پشتیبان، سد جامیشان
|
  • Farzin Parchami-Araghi *, Seyed Abolghasem Haghayeghi-Moghaddam Pages 559-578

    Reliable estimates of the seasonal applied water and irrigation performance assessment indicators under current irrigation and farm management are perquisites for improving water resources management. In this study, seasonal applied water and irrigation performance assessment indicators of winter barley were studied by monitoring 25 farms under actual conditions, in Ardabil Province (Ardabil, Namin, Nir and Kosar counties), Iran, during the growing season 2020-2021. The seasonal estimates of the net irrigation requirement during the growing season 2020-2021 and its 10-year average ranged from 476 to 652 mm and from 403 to 535 mm (with a mean of 530 and 449 mm), respectively, over the study farms. The total sum of seasonal applied water and effective precipitation (I + Pe) and the barley grain yield ranged from 266 to 716 mm and from 0.14 to 4.07 ton ha-1 (with a weighted average, WA, of 475 mm and 2.33 ton ha-1), respectively. As a result of limited irrigation water availability, 3-91% (with a WA of 52%) of the intended yield of irrigated barley in the study area (4.5 ton ha-1) was achieved. Physical and economic water productivity indicators were significantly (P < 0.05) affected by farmer's skill level, crop rotation, type of irrigation water source, and irrigation method. The results indicated that farms with surface water supply showed the highest vulnerability to drought periods. Improving the on-farm water management flexibility and mitigating the negative impacts of hot and windy days during the grain filling stage can improve water productivity indicators in the study area.

    Keywords: crop rotation, Drought stress, FAO Penman- Monteith, Sprinkler irrigation, Surface irrigation
  • Amirhosein Ghorbani, Raoof Mostafazadeh *, Mohsen Zabihi Pages 579-595
    Estimating the natural flow regime of a river is crucial for water resource management. Understanding the temporal and spatial distribution of river flow can greatly assist decision-makers in water resource management. This study aims to analyze changes in the Water Year Classification Index (WYCI) at 31 hydrological stations in Ardabil province (1974 to 2018) at different time scales and its spatial changes using GIS. The WYCI index was calculated at all hydrological stations, and the map of the spatial changes of the index was prepared using the inverse distance weighting method. According to the results, the maximum and minimum median flow values were related to the spring season (3.7) and summer (0.3) cms, respectively. The median flow values in the winter and autumn seasons were 2.5 and 1.3 cms respectively. The results showed that the average values of the WYCI index in autumn, winter, spring, and summer are 11.9, 10.7, 13.8, and 15.2, respectively. The status of the index for dry and wet periods was highly irregular (21.6) and moderately irregular (14.3), respectively. Based on the research findings, the snow-fed rivers located in the southern of Sabalan (Lay, Nir, Atashgah, and Yamchi stations) have a regular regime, while rivers in the eastern part of the province become more irregular towards summer with an increase in WYCI values. Overall, the analysis of spatial changes in WYCI indicates the existence of a unique spatial pattern at different time scales, and it is necessary to consider it in water resource management planning in Ardabil province.
    Keywords: Flow regime, interpolation, Spatial distribution, Surface Water Resource, time scale
  • Reza Saeidi * Pages 597-612
    Simulation of water uptake amount during crop growth period, leads to optimal management of water consumption. This research was conducted on maize S.C 704 in lysimetric space (in Qazvin), in 2021. The research aim was simulation of salinity stress effect on crop water uptake amount. The experiment was performed as factorial and in a completely randomized design. The effect of soil salinity with levels of; 0.5(S1), 1.7(S2), 2.5(S3), 3.5(S4), 4.5(S5), 5.5(S6), 6.5(S7) and 7.5(S8) dS.m-1, were investigated in growth stages of initial(P1), development(P2), mid(P3) and late(P4). For simulating the amount of water uptake reduction in salinity stress conditions, the functions of Van Genuchten, Van Genuchten-Hoffman, Dirksen-Augustijn and Mass-Hoffman were used. Models calibration was done by real data in S1, S3, S5 and S7 treatments and models evaluation was done in S2, S4, S6 and S8 treatments. The models calibration was done once for whole growth period (by constant coefficients) and again by considering the crop growth stages sensitivity (by variable coefficients). The slope of water uptake reduction at P1 to P4 stages and whole growth period, was estimated to be 6.81%, 7.4%, 9.13%, 4.25% and 7.9%, respectively. The highest to lowest crop sensitivity to salinity stress was observed in P3, P2, P1 and P4 stages, respectively. The functions calibration for whole growth period, was less accurate for determining the water uptake amount. Evaluation statistics (CRM: -0.0005, EF: 0.993, R2:0.995, RMSE: 0.016 and ME:0.031) showed that the Mass-Hoffman function was optimal model for simulation the water uptake reduction. By considering the effect of crop growth stages sensitivity, were done a more accurate estimation of water uptake and actual crop water requirement amounts.
    Keywords: Growth period, modeling, Stress coefficient
  • Hadi Koohkan *, Manoochehr Maftoun, Ramin Karimzadeh, Maryam Salimizadeh, Mohammad Sedigh Mortazavi Pages 613-636
    Today, by increasing industrial and agricultural activities and the subsequent increase in pollutants, soil and water pollution has become a serious environmental problem. The increase of pollutants in the soil in the conditions of dry climate and drought stress have adverse effects on the biological indicators. In this study the combined effect of cadmium at six levels (0, 5, 10, 20, 40 and 80 mg kg-1 soil) in the form of cadmium sulfate (CdSO4) and three irrigation intervals (2, 4 and 7 days) as a factorial experiment in the form of a completely random basic design with three replications was investigated on spinach (Spinosa oleracea) and lettuce (Lactuca sativa) in calcareous soil with silty clay texture. The obtained results showed that increasing the concentration of cadmium in the soil caused a significant decrease in the average dry weight of leaves and stems of lettuce and spinach. The average dry weight reduction percentage compared to the control at the highest level of cadmium was observed in lettuce leaves and stems as 63 and 46% and in spinach leaves and stems as 54 and 38%, respectively. Increasing the irrigation intervals decreased the dry weight of lettuce and spinach plants significantly compared to the control. The percentage of mean dry weight reduction in 4 and 7 days irrigation intervals compared to 2 days irrigation interval in lettuce leaf and stem was 23, 41, 31 and 63% and in spinach was 19, 39, 24 and 49%, respectively. The increase in cadmium levels increased the concentration of this element in the stem and leaves of lettuce and spinach plants, and by increasing irrigation intervals, the concentration and uptake of cadmium in the leaves and stems of spinach and lettuce decreased. The results of this research showed that the spinach plant absorb and transport cadmium metal more than the lettuce. The stress sensitivity index showed that the moisture stress has reduced the crop tolerance to cadmium. Based on the decrease in dry weight at different levels of cadmium, it can be said that the stem of two plants is more tolerant to cadmium than the leaf.
    Keywords: Spinach, Drought stress, Leaf surface, Cadmium, Lettuce
  • Atefeh Nouraki, Mona Golabi *, Mohammad Albaji, Abdali Naseri, Saeid Homayouni Pages 637-653
    Spatiotemporal estimation and monitoring of soil moisture based on remote sensing observations (optical and thermal) is challenging due to its physical nature in high vegetation conditions, necessitating improving and increasing the accuracy of soil moisture estimation in these areas. Therefore, this research aimed to develop a new approach to estimating surface soil moisture in agricultural fields with dense vegetation using machine learning algorithms by incorporating optical and thermal remote sensing data and soil physical properties. For this objective, 16 Landsat-8 satellite images and more than 430 control locations were used during the sugarcane crop’s growth period in 2018-2019 at the Hakim Farabi Sugarcane Agro-Industrial company in the Khuzestan province of Iran. A set of 10 scenarios of various unique combinations of the available input variables were developed and then evaluated by five machine learning algorithms, including multiple linear regression (MLR), decision tree-based algorithms (CART and M5P), and ensemble learning-based algorithms (gradient-boosted regression trees (GBRT) and random forest regression (RFR)). According to the results, the highest correlation between input variables and surface soil moisture was observed in Soil Wetness Index (SWI) and Normalized Soil Moisture Index (NSMI) with R values of 0.79 and 0.69, respectively. Also, the highest accuracy of machine learning algorithms based on R2, RMSE, and MAE results was obtained in GBRT (0.99, 0.011, and 0.006) and RFR (0.99, 0.014, and 0.007), respectively. In general, the findings of this research show the importance of using variables based on Landsat-8 remote sensing data in combination with ensemble learning algorithms that can be independent of any ground measurements.
    Keywords: High vegetation, machine learning algorithms, remote sensing, Soil moisture, soil physical properties
  • Lida Vasel, Ahmad Farrokhian Firouzi *, Ataallah Khademalrasoul Pages 655-673

    The best management practices are solutions to reduce non-point pollution in catchments. In many cases, the use of these solutions requires knowing the features of the watershed and investing in this sector. Accordingly, the use of computer models to simulate real catchment conditions can be an effective way to reduce time and cost. This research aimed to investigate the effect of different management scenarios on non-point source pollution losses in Dashte Bezorg catchment in Iran using the ArcSWAT model. To collect observational data, river water was sampled from September 2020 to June 2021. Calibration data were selected from September to March and validation data from April to June. After identifying critical areas, three non-structural scenarios and five structural scenarios were simulated using the model. The results revealed that the ArcSWAT model provides a good prediction in estimating non-point source pollution loads (nitrate, total nitrogen, and total phosphorus). The "wheat-potato-tomato" and "wheat, rice-wheat, mung bean-wheat" rotation scenarios showed the highest total nitrate and nitrogen loss, while the lowest total phosphorus loss was observed in the "wheat-potato-tomato" rotation. The terracing and buffer strip methods were recognized as the best methods of reducing the load of non-point pollution. The findings showed that the application of management practices in dominant land use and reduc the degree of slope can significantly reduce the non-point source pollution loads.

    Keywords: conservation tillage, crop rotation, nitrogen, Phosphorous, Residue management
  • Mahboobeh Abolhasani Zeraatkar *, Ahmad Tajabadi Pour Pages 675-693
    The purpose of this study is to investigate the characteristics of plant growth promoting rhizobacteria that stimulate plant growth, such as biological nitrogen fixation, phosphate solubilization, and produce hydrogen cyanide and exopolysaccharides, to prepare suitable and efficient biofertilizers. In this research, 135 Rhizobacteria strains were isolated, screened and identified from saline and arid soils in Kerman Province, and some of their growth-promoting characteristics were studied. The Rhizobacteria strains were studied with respect to their ability to fix nitrogen, solubilize insoluble organic and inorganic phosphates in solid and liquid culture media, and produce hydrogen cyanide and exopolysaccharides. Their growth at various sodium chloride concentrations (0, 1, 3, and 5%) and at different polyethylene glycol 6000 concentrations (water potential 0, -1, -2, and -3.5 MPa) was also investigated. According to the results, 72% and 76% of the Rhizobacteria strains exhibited almost no growth at 5% sodium chloride concentration and at water potential -3.5 MPa, respectively. In addition, 50% of them were able to produce hydrogen cyanide under saline conditions. Three of the strains (SM16, SM65, and SM89) were the most efficient producers of exopolysaccharides and had high phosphate solubilization ability (102, 98.5 and 121.7 mL/L, respectively) and were also among Rhizobacteria strains resistant to abiotic stresses. Three strain safe and efficient strains can have great potential to be used as a high quality biofertilizer for improving growth of crop plants in the region.
    Keywords: abiotic stress, Biofertilizer, Exopolysaccharide, hydrogen cyanide, Phosphate solubilization
  • ahmad aman jalili, Mohsen Najarchi *, saeid shabanlou, reza Jafarinia Pages 695-712

    The use of coupled simulation-optimization models to extract the optimal role curve of dams is one of the effective strategies for optimal management of reservoirs. In certain optimization techniques, historical data of the inflow to the reservoir is usually used to extract the optimal role curve of the dam. It is possible that in the coming years, with the change of the inflow to dams, the parameters based on which the optimal role curve was extracted may no longer work and the results may be unexpected. The objective of this research is to provide a solution for extracting the optimal role curve in real time so that by changing the inflow to the dam in the future without re-executing the optimization algorithm and using artificial intelligence techniques in the shortest time, the optimal role curve compatible with the new conditions can be obtained. In this research, the integration of the NSGA-II multi-objective algorithm and the WEAP simulation model is used to derive optimal policies based on historical data. Then, using the support vector machine method and the results obtained from the output of the optimization algorithm, a new structure is developed so that the optimal role curve can be obtained in real time and based on new inputs. The results indicate that the average error of the optimal role curve extracted from support vector machines is less than 2.5% compared to the role curve obtained from the NSGA-II algorithm in the calibration and validation stages. Therefore, the developed support vector machine model has the ability to quickly provide optimal operation policies in such a way that provides the possibility of optimal management of the system in real time, according to the new data of the inflow to the dam.

    Keywords: real time, NSGA-II, WEAP, support vector machines, Jamishan dam