فهرست مطالب

مجله تحقیقات آب و خاک ایران
سال پنجاه و چهارم شماره 10 (پیاپی 94، دی 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/01
  • تعداد عناوین: 10
|
  • فاطمه مهدی پور، نسرین قربان زاده، محمدباقر فرهنگی*، مریم خلیلی راد صفحات 1431-1445

    در سال های اخیر روش های دوست دار محیط زیست در مدیریت مواد شیمیایی خطرناک موجود در شیرابه مکان های دفن زباله به منظور جلوگیری از ورود آن ها به منابع آب های سطحی و زیرزمینی موردتوجه قرار گرفته است. این پژوهش در سال 1401 در دانشگاه گیلان انجام شد. ابتدا یک باکتری اوریولیتیک با توانایی ترسیب کلسیم کربنات از شیرابه دفن گاه سراوان جداسازی شد. سپس پتانسیل آن در کنار باکتری شاخص اسپوروسارسینا پاستوری در حذف یون های فسفات، کلسیم و فلوراید از شیرابه در فرایند رسوب زیستی کلسیم کربنات (MICP) بررسی شد. آزمایش به صورت فاکتوریل 2×2×3 در قالب طرح کاملا تصادفی با سه تکرار (36 نمونه) اجرا شد. فاکتور ها شامل باکتری سیمان کننده در سه سطح (بدون مایه زنی، مایه زنی با سویه جدا شده از شیرابه و مایه زنی با اسپوروسارسینا پاستوری)، اوره در دو سطح (صفر و دو درصد) و کلسیم کلراید در دو سطح (صفر و 50 mM) به عنوان فاکتور سوم بودند. بیشترین درصد حذف فسفات (93 درصد) در تیمار بدون باکتری و اوره و در حضور کلسیم کلراید مشاهده شد. اما برای حذف فلوراید به حضور باکتری های اوریولیتیک نیاز بود به طوری که در تیمار های دارای باکتری شاخص و جدا شده در حضور اوره و کلسیم کلراید به ترتیب 77 و 48 درصد فلوراید حذف شد که به ترتیب 4/14 و 9 برابر حذف فلوراید در تیمار شاهد بود. در تیمارهای دارای باکتری شاخص و جدا شده به ترتیب 93 و 90 درصد کلسیم شیرابه حذف شد. اگرچه درصد حذف فسفات، کلسیم و فلوراید در حضور باکتری شاخص نسبت به باکتری جدا شده بیشتر بود اما تفاوت چشم گیری بین آن ها در حذف یون ها دیده نشد. بنابراین، با توجه به این که استفاده از ریزجانداران بومی، علاوه بر کاهش هزینه ها، نگرانی زیست محیطی بسیار کمتری را نیز نسبت به گونه های شاخص ایجاد می کنند، می توان از آنها برای حذف مواد خطرناک موجود در شیرابه در فرایند MICP استفاده کرد.

    کلیدواژگان: اسپوروسارسینا پاستئوری، اوره، ریزجانداران بومی، معدنی شدن زیستی
  • هانیه محمدی، جواد بذرافشان*، عبدالمجید لیاقت صفحات 1447-1465

    خشکسالی به عنوان یکی از پیچیده ترین پدیده های طبیعی هر ساله خسارت های زیادی به صورت مستقیم و غیرمستقیم به بخش های مختلف وارد می کند. هدف از مطالعه حاضر، پایش یکپارچه خشک سالی، گرد و غبار و پوشش گیاهی در پنج ایستگاه استان خوزستان با طول دوره آماری 30 ساله (2019-1990) می باشد. در این مطالعه از داده های ساعتی قدرت دید افقی، کدهای سازمان هواشناسی و همچنین داده های ایستگاه سینوپتیک در بازه زمانی روزانه برای به دست آوردن شاخص های خشک سالی (SPEI,SPI) و متغیر فراوانی طوفان های گرد و غبار (DU) در پنجره های زمانی 1، 3، 6 و 12 ماهه استفاده گردید. بعد از محاسبه شاخص های خشک-سالی، گرد و غبار و پوشش گیاهی، به ترکیب این شاخص ها با روش تابع کاپولای تجربی پرداخته شد. ایستگاهی که بهترین همبستگی را بین سه شاخص اقلیمی گرد و غبار - خشک سالی - پوشش گیاهی به همراه داشت، به عنوان ایستگاه معرف در نظر گرفته شد و کوپل سه متغیره بین شاخص های مورد نظر در آن ایستگاه بررسی گردید. نتایج نشان داد که طبق شاخص SPI از سال 1999 تا 2003 و 2008 تا 2012 خشک سالی های شدیدی در سطح استان رخ داده است که تاثیرات منفی زیادی را بر خاک منطقه و همچنین شکل گیری کانون های مولد گرد و غبار در بازه زمانی مذکور داشته است. همچنین نتایج نشان داد که بالاترین همبستگی مربوط به ایستگاه بندر ماهشهر بین شاخص های NDVI و SPEI(PM12) به ترتیب با ضرایب همبستگی پیرسون و اسپیرمن 44/0 و 46/0 و بیشترین مقدار همبستگی منفی در ایستگاه مسجد سلیمان بین شاخص های NDVI و DU06 به ترتیب با ضرایب همبستگی پیرسون و اسپیرمن 37/0-  و 47/0- رخ داده است. نتایج به دست آمده در استان خوزستان تقریبا منطقی است زیرا با افزایش شاخص خشک سالی (کاهش میزان خشکی)، شاخص NDVI افزایش و با بیشتر شدن گرد و غبار مقدار NDVI کاهش یافت.

    کلیدواژگان: SPI، گرد و غبار، NDVI، همبستگی اسپیرمن، کوپل سه متغیره
  • کیومرث روشنگر*، فرهاد امن زاده ابواسحق، حمیدرضا عباس زاده صفحات 1467-1483

    از مسایل مهم در طراحی سدها پدیده تراوش از سد است. اگر جریان آب در سدها کنترل نگردد باعث بروز مشکلات می شود که منجر به شکست سد می گردد. در تحقیق حاضر به بررسی مدل سازی عددی تراوش پرداخته شده و اثرات سیستم های آب بند در فونداسیون و بدنه سد خاکی در سناریو های مختلف تحت جریان ماندگار مورد بررسی قرار گرفته است. در  این پژوهش شرایط مختلف از بهینه ترین حالت تا بحرانی ترین شرایط موجود برای آب بندی لحاظ گردیده است. المان های آب بندی مورد بررسی شامل پتوی رسی، زهکش و پرده رسی در فونداسیون است. در حالت کلی با ترکیب انواع المان های تعریف شده و بدون در نظر گرفتن ابعاد هندسی آنها تاثیرات ترکیبی مطالعه شده است. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل در پژوهش حاضر، تنوع در نوع سیستم های کاهش نشت جریان در سناریو ها، تاثیر به سزایی در کاهش جریان در داخل بدنه سد و فونداسیون دارد. روند دبی نشت با افزایش ارتفاع از کف فونداسیون روند صعودی داشته و در محدوده 38 متر تا 46 متر از ارتفاع، حداکثر بوده و مجددا روند نزولی به خود می گیرد. نتایج نشان داد که ترکیب زهکش، پتوی رسی و پرده رسی می تواند به طور میانگین موجب کاهش 83 درصدی سرعت جریان، 5/15 درصدی دبی نشت جریان و 5/9 درصدی از بار آبی در پایین دست سد گردد. این ترکیب در مقایسه با سایر سناریوها نقش اصلی کاهندگی را داشته و پایداری سد را تامین می نماید.

    کلیدواژگان: المان های آب بندی، نشت، سد البرز، SEEP، W
  • محمدصادق عنبرسوز، کیومرث ابراهیمی*، ابراهیم امیری تکلدانی صفحات 1485-1502

    شبکه های آبیاری زیرساخت های اصلی انتقال و توزیع آب در بخش کشاورزی محسوب می شوند. یکی از عوامل محدودکننده عمر مفید شبکه های آبیاری، آسیب های شیمیایی بتن است. هدف پژوهش حاضر بررسی و مقایسه خطر بروز آسیب های شیمیایی در سازه های بتنی شبکه های آبیاری گلستان و کوثر نومل بوده است. در این راستا در خرداد ماه 1401 از بخش های مختلف شبکه های آبیاری موردمطالعه نمونه برداری آب انجام شد. سپس نتایج آزمایش های کیفیت آب به همراه داده های موجود کیفیت آب ماهیانه شبکه های آبیاری موردمطالعه، بر اساس معیارهای معتبر بین المللی و با استفاده از شاخص های خورندگی آب تحلیل شد. شاخص رایزنر برای شبکه های گلستان و کوثر نومل از مهر ماه 1400 تا خرداد ماه 1401 همواره بیش از آستانه خورندگی آب (8/6) بوده است. مقدار متوسط شاخص رایزنر برای آب شبکه های گلستان و کوثر نومل به ترتیب برابر 45/7 و 15/8 بوده و آب شبکه کوثر نومل شدت خورندگی به مراتب بیش تری داشته است. همچنین غلظت کربن دی اکسید محلول در آب شبکه کوثر نومل در خرداد ماه 1401 برابر 7/31 میلی گرم درلیتر بوده و خطر تجزیه سیمان بتن وجود داشته است. از طرفی غلظت یون سولفات در آب شبکه گلستان طی نه ماه بررسی شده بیش از 150 میلی گرم درلیتر و از حداقل لازم برای واکنش با بتن بیش تر بوده است. در چهار ماه از نه ماه بررسی شده نیز غلظت یون منیزیم در آب شبکه گلستان بیش از 100 میلی گرم درلیتر بوده که از حد آستانه خطر آسیب های شیمیایی بتن فرا تر است.

    کلیدواژگان: آسیب های شیمیایی بتن، امنیت آبی، بهره برداری پایدار، شبکه های آبیاری گلستان و کوثر نومل
  • علیرضا حسن اقلی *، مسعود فرزام نیا صفحات 1503-1520

    نزول کمیت و کیفیت منابع آب، چالش بزرگی را در تولید محصولات گلخانه ای کشور ایجاد کرده است. با توجه به توسعه بهره برداری از سامانه های نمک زدایی آب گلخانه ای، پژوهشی در استان اصفهان (شهرستان های فلاورجان، اصفهان، مبارکه و شهرضا) به انجام رسید. به همین منظور، ضمن بازدید و بررسی جوانب مختلف کاربرد سامانه های مذکور، نمونه برداری از آب چاه، آب شیرین شده و پساب تولیدی ادوات نمک زدایی انجام و نحوه دفع پساب (شورابه) آنها مطالعه شد. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار شوری آب چاه در فلاورجان با میانگین dS/m 41/12 و کمترین میزان در شهرضا، با میانگین dS/m 09/4 بود. بیشترین مقدار شوری پساب یا شورابه نیز در فلاورجان، با میانگین dS/m 63/16 و کمترین آن در شهرضا، با میانگین dS/m 41/5 بود. میانگین حذف نمک از آب ورودی (نمک برگشتی) در گلخانه های استان اصفهان 73 درصد بود. به علاوه، بررسی مقادیر نسبت جذب سدیم، نسبت کلسیم به منیزیم، میزان کلر و بی کربنات در نمونه های آب هم به انجام رسید. در بحث تخلیه شورابه، گزینه اصلی با 46 درصد به رهاسازی پساب در اراضی اطراف تعلق داشت و پس از آن، استفاده تلفیقی با آب چاه برای کشاورزی در فضای باز با 27 درصد، تخلیه به چاه های محلی با 18 درصد و تخلیه به ترانشه ها و حوضچه های خاکی نفوذ با 9 درصد قرار گرفت. با توجه به عدم نظارت بر اجرا و بهره برداری از این ادوات و رعایت نشدن ملاحظاتی در دفع پساب ها، وضعیت مناسبی مشاهده نشد و با ادامه روند فعلی، گسترش آلودگی منابع آب و خاک دور از انتظار نیست.

    کلیدواژگان: اسمز معکوس، دفع پساب، کیفیت آب، گلخانه، نمک زدایی
  • سلمان مرد آزاد ناوی، مسعود اصفهانی، اکبر فرقانی، عاطفه صبوری، شهرام محمود سلطانی*، سهیل کرم نیا صفحات 1521-1540

    به منظور بررسی تعیین نیاز کودی نیتروژن برنج رقم گیلانه با استفاده از شاخص تغذیه نیتروژن  (NNI) و کلروفیل سنج، آزمایشی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در بهار سال 1395 در مزرعه پژوهشی دانشکده کشاورزی دانشگاه گیلان اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل شش سطح کود نیتروژن (صفر، 60، 120، 180، 240 و 300 کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار از منبع اوره) بودند. ارزیابی رابطه بین شاخص تغذیه نیتروژن و مقادیر عدد کلروفیل سنج در سه مرحله رشدی (حداکثر پنجه زنی، آبستنی و ظهور خوشه) جهت پیش بینی عملکرد دانه در پاسخ به کود نیتروژن نشان داد که رابطه غلظت نیتروژن بحرانی برای برنج رقم گیلانه به صورت Nc = 3.99W -0.36 بود. همبستگی بین مقادیر عدد کلروفیل سنج و شاخص تغذیه نیتروژن در هر کدام از مراحل رشدی و در برگ های مختلف گیاه مثبت و معنادار بود. نتایج نشان داد که برگ های مسن تر (برگ های بالغ) حساسیت بیشتری نسبت به برگ های جوان تر بوته در پاسخ به مصرف کود نیتروژن داشتند و برای تشخیص وضعیت نیتروژن گیاه، خصوصا در مراحل آبستنی و ظهور خوشه، مناسب تر هستند. بالاترین همبستگی بین شاخص تغذیه نیتروژن برنج و مقادیر عدد کلروفیل سنج (*95/0=r) و مقادیر عدد کلروفیل سنج نسبی (نسبت مقادیر عدد کلروفیل سنج در تیمار مورد نظر به مقادیر عدد کلروفیل سنج تیمار اشباع شده از نیتروژن) (**96/0=r) در برگ سوم (از بالا) و در مرحله آبستنی دیده شد. نتایج کلی این آزمایش نشان داد که استفاده از شاخص تغذیه نیتروژن و کلروفیل سنج شاخص های قابل اعتمادی برای بررسی وضعیت نیتروژن برنج رقم گیلانه در طول فصل رشد می باشند.

    کلیدواژگان: برنج رقم گیلانه، ظهور خوشه، عملکرد دانه، غلظت بحرانی نیتروژن، کلروفیل برگ
  • ایمان مهدی دوست رودبنه، سمیه جنت رستمی*، افشین اشرف زاده، سامان جوادی صفحات 1541-1564

    در این مطالعه، دقت برآورد مقادیر تغذیه آبخوان کم عمق آستانه-کوچصفهان، با استفاده از دو کد مدل سازی SWAT (به عنوان مدل هیدرولوژیکی آب سطحی) و MODFLOW (به عنوان مدل آب زیرزمینی) مقایسه شد. علاوه بر این، ضرورت استفاده از SWAT در مدل سازی-های جریان آب زیرزمینی که توسط  MODFLOWانجام می گیرد، مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور شبیه سازی آبخوان آستانه-کوچصفهان در MODFLOW انجام شد. سپس SWAT برای حوضه ی آبریز آستانه-کوچصفهان تهیه و اجرا شد و توسط الگوریتم SUFI2 در نرم افزار SWAT-CUP مورد واسنجی قرار گرفت. در ادامه بعد از تعیین محدوده ی مکانی و زمانی مشترک دو مدل، اقدام به استخراج مقادیر تغذیه به آبخوان از خروجی های دو مدل گردید. نتایج نشان داد که کل تغذیه به آبخوان و تغذیه از رودخانه به آبخوان در سال آبی 92-1391 در MODFLOW به ترتیب برابر با 71/102 میلیون متر مکعب و 71/23 میلیون متر مکعب بدست آمد. بیشترین مقادیر تغذیه در اواخر فصل پاییز و ماه آذر 1391 رخ داده است و کمترین مقادیر تغذیه در اوایل فصل بهار و ماه فروردین 1392 اتفاق افتاده است. در SWAT نیز مقادیر تغذیه به آبخوان و تغذیه از رودخانه به آبخوان به ترتیب برابر با 34/138 میلیون متر مکعب و 09/35 میلیون متر مکعب برآورد شده است. بیشترین مقادیر تغذیه در اواخر فصل پاییز و ماه آذر 1391 رخ داده است و کمترین مقادیر تغذیه در اواخر فصل تابستان و ماه شهریور 1392 اتفاق افتاده است. SWAT با استفاده از به کارگیری پارامترهای آب سطحی و موثر بر تغذیه مانند تاثیر سد و کانال های انتفال آب، خصوصیات خاک و کاربری اراضی، اطلاعات اقلیمی و هواشناسی، اطلاعات مربوط به مدیریت کشاورزی و آبیاری و غیره مقادیر قابل اطمینان تری از پارامتر تغذیه به آب زیرزمینی را با توجه به واقعیت های موجود در منطقه، به دست می آورد، لذا استفاده از خروجی قابل اطمینان تغذیه از SWAT در مدل های آب زیرزمینی مانند MODFLOW نتایج بهتر و قابل اطمینان تری از وضعیت آبخوان می دهد.

    کلیدواژگان: آبخوان کم عمق، بیلان آب، تغذیه سطحی، SWAT، MODFLOW
  • سحر کریمی، شایان شریعتی، احمدعلی پوربابائی*، حسینعلی علیخانی، ریحانه کلامی صفحات 1565-1579

    به دلیل همراه بودن برخی از فلزات سنگین با هیدروکربن های نفتی، بکارگیری باکتری های بومی تجزیه کننده نفت مولد سورفکتانت که مقاوم به فلزات سنگین باشند از اولویت های فناوری زیست پالایی محسوب می شود. به همین منظور، در این مطالعه از 39 سویه تجزیه کننده آلکان ها و تولید کننده سورفکتانت زیستی (جداسازی شده از خاک های شور آلوده به نفت در مناطق نفت خیز جنوب استان خوزستان) متعلق به بانک ژن آزمایشگاه میکروبیولوژی خاک دانشگاه تهران استفاده شد. سپس حساسیت جدایه ها در برابر غلظت های مختلف (40 تا 80 ppm) فلزات سنگین (کروم، سرب، مس، نیکل، کادمیوم) مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد فقط سه سویه Ochrobactrum</em> lupini</em> strain SH23، Ochrobactrum lupine </em>strain SH24 و SH34 Bacillus subtilis </em>subsp. Inaquosorum</em> توانایی رشد در حضور همه فلزات سنگین را داشتند. نتایج حاصل تاثیر غلظت های مختلف فلزات سنگین بر MBC و MIC باکتری های منتخب نشان داد باکتری  Ochrobactrum lupini </em>strain SH23 بیشترین میزان تحمل به فلزات سنگین را داشت. ارزیابی توانایی تجزیه کنندگی هیدروکربن های نفتی در حضور فلزات سنگین توسط باکتری های منتخب، نشان داد کنسرسیوم میکروبی (SH23، SH24 و SH34)  و باکتری Ochrobactrum</em> lupini</em> strain SH23 به ترتیب توانستند 71 و 64 درصد نفت خام با غلظت 5/0 درصد (حجمی/حجمی) را بعد از 10 روز هوادهی و در دمای 30 درجه سلسیوس تجزیه کنند. یافته های این پژوهش ثابت کرد با انجام مطالعات زیست محیطی تکمیلی می توان از باکتری Ochrobactrum lupini </em>strain SH23  در تصفیه آب و پساب آلوده به هیدروکربن های نفتی و فلزات سنگین استفاده کرد.

    کلیدواژگان: باکتری های مقاوم به فلزات سنگین، سورفاکتانت زیستی، گازوئیل، هیدروکربن های نفتی کل
  • آیدا بخشی خرمدره، پریسا علمداری*، احمد حیدری، محمدحسین محمدی صفحات 1581-1596

    منافذ خاک به دلیل اثرپذیری از شرایط محیطی، به عنوان یکی از مهم ترین شاخص های کیفیت فیزیکی خاک شناخته می شود. در این مطالعه پارامترهای مختلف مربوط به منافذ خاک تعیین و در کنار برخی دیگر از ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک برای تعیین دسته داده حداقل، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت تا قابلیت آن ها در بکارگیری به عنوان شاخص های کیفیت فیزیکی خاک سنجیده شود. در بازه سال های 1399 تا 1401 و در کارگاه میکرومورفولوژی گروه علوم خاک دانشگاه تهران، پارامترهای مربوط به منافذ ناشی از 126 واحد آزمایشی شامل تیمارهای آزمایشی اصلاحی و تخریبی و متاثر از 22 دوره تر و خشک شدن در دو خاک شن لومی و رس سیلتی ازجمله ضریب گردی، کشیدگی، مساحت و فشردگی منافذ با استفاده از روش آنالیز تصویر تعیین شد. نهایتا این ویژگی ها با روش تجزیه مولفه اصلی پالایش گشته و مهمترین ویژگی های تعیین کننده کیفیت فیزیکی خاک تعیین گردید. دو مولفه اصلی اول و دوم (PC1 و PC2) بیان گر بیش از 70درصد از تغییرات خاک های مورد مطالعه بود. از طرفی با توجه به همبستگی قوی مشاهده شده، پارامترهای ضریب گردی (81 و 80 درصد همبستگی با PC1 و PC2) و کشیدگی منافذ (با 77 و 83 درصد همبستگی با PC1 و PC2) در خاک شن لومی و پارامترهای کشیدگی (با 53 و 87 درصد همبستگی با PC1 و PC2) و مساحت منافذ (با 48 و 68 درصد همبستگی با PC1 و PC2) در خاک رس سیلتی به عنوان شاخص های تعیین کیفیت شناسایی شدند. با توجه به توانایی در بیان تغییرات خاک ها، ویژگی های میکروسکوپی منافذ با موفقیت در این مطالعه جهت تعیین کیفیت خاک بکارگیری شدند. ازطرفی به دلیل خاصیت فراکتالی منافذ، می توان از این شیوه در تعیین کیفیت خاک در مقیاس بزرگ تر استفاده نمود.

    کلیدواژگان: آنالیز تصویر، تجزیه و تحلیل مولفه اصلی، دسته داده حداقل، ویژگی های خاک
  • ماهرخ شریف مند، ابراهیم سپهر*، میرحسن رسولی صدقیانی، سیامک عصری رضایی صفحات 1597-1608

    آنتی بیوتیک ها به عنوان آلاینده های نو ظهور تاثیر بالقوه ای بر محیط زیست و سلامت انسان دارند و ورود آن ها به محیط زیست نگرانی های زیادی را ایجاد کرده است. برای مطالعه پدیده پسماند سیپروفلوکساسین در خاک، فرایند جذب با غلظت های مختلف سیپروفلوکساسین (صفر تا یک mmol L-1</sup>) در یک نمونه خاک آهکی انجام و سپس برگشت پذیری فرآیند جذب از طریق آزمایش های واجذب نمونه های خاک آلوده به سیپروفلوکساسین ارزیابی شد. غلظت سیپروفلوکساسین با استفاده از دستگاه کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC-MS/MS) تعیین شد. داده های حاصل از آزمایش با معادلات لانگمویر، فروندلیچ و ردلیچ-پترسون برازش داده شدند. مدل ردلیچ-پترسون با کمترین میزان خطا (24/0SE=) و بیشترین ضریب همبستگی (99/0= R2</sup>) داده های تعادلی را به خوبی توصیف کرد. مقدار عددی توان این معادله (g) کمتر از یک و در نتیجه سطوح جذب ناهمگن می باشد. جذب سیپروفلوکساسین با افزایش غلظت اولیه آنتی بیوتیک در خاک افزایش یافت، به طوری که بالاترین راندمان جذب و واجذب سیپروفلوکساسین در غلظت یک  mmol L-1</sup> به ترتیب 96 و 2 درصد بود. ضریب هیسترسیس 89/0 به دست آمد که نشان دهنده برگشت پذیری کم فرایند جذب یا پدیده پسماند است. اتصال محکم آنتی بیوتیک سیپروفلوکساسین به اجزای خاک منجر به تجزیه پذیری پایین و پایداری این آلاینده آلی در محیط خاک می گردد.

    کلیدواژگان: آنتی بیوتیک، برگشت پذیری، پسماند، جذب، واجذب
|
  • Fatemeh Mahdipour, Nasrin Ghorbanzadeh, MohammadBagher Farhangi*, Maryam Khalilirad Pages 1431-1445

    In recent years, environmental friendly methods have been considered for managing hazardous chemicals in landfill leachates to prevent their entrance to surface and groundwater resources. This research was done in 2022 at University of Guilan. An ureolytic bacterium with the ability to precipitate calcium carbonate was isolated from the Saravan landfill leachate (SLL) firstly. Then, its potential was investigated along with the indicator bacteria Sporosarcina pasteurii</em> in removing phosphate, calcium and fluoride ions from LLA through the calcium carbonate bioprecipitation process (MICP). The experiment was carried out as a 3 × 2 × 2 factorial in a completely randomized design with three replicates (36 samples). Factors include biocementing bacteria at three levels (no inoculation, inoculation with strain isolated from LLA and inoculation with S.  pasteurii</em>), urea at two levels (0 and 2% (v/v)), and calcium chloride at two levels (0 and 50 mM). The highest phosphate removal rate (93%) was observed in the presence of calcium chloride without bacteria inoculation, and urea addition. However, ureolytic bacteria were needed for fluoride removal where the treatments of indicator bacteria and isolated strain in the presence of urea and calcium chloride removed 77% and 48% of fluoride, which was 14.4 and 9 times greater than the control treatment, respectively. The calcium removal rate in treatments with indicator and isolated bacteria was 93% and 90%, respectively. Although the removal rate of phosphate, calcium and fluoride was higher in the presence of the indicator bacteria compared to the isolated strain, there was no significant difference between them. Therefore, considering the application of native microorganisms, in addition to reducing costs, also creates less environmental concern than the indicator bacteria, it can be used to remove hazardous chemicals from landfill leachates through the MICP process.

    Keywords: Biomineralization, native microorganisms, Sporosarcina pasteurii, urea
  • Haniyeh Mohammadi, Javad Bazrafshan*, Abdolmajid Liaghat Pages 1447-1465

    Drought, one of the most complex natural phenomena, causes significant direct and indirect damage to different sectors annually. The purpose of this study was to monitor drought, dust, and vegetation at five stations in the Khuzestan Province over a statistical period of 30 years (1990-2019). In this study, from the hourly data of horizontal visibility, the codes of the Meteorological Organization as well as the data of the synoptic station in the daily time frame were used to obtain the drought indices (SPEI and SPI) and the frequency variable of dust storms (DU) in time windows of 1, 3, 6, and 12 months. After calculating the indices of drought, dust and vegetation, they were combined with the empirical copula function method. The station that had the best correlation between the three climatic indices of dust-drought-vegetation was considered a representative station, and the three-variable coupling among the desired indices was investigated at that station. The results showed according to the SPI index, severe droughts occurred in the province from 1999 to 2003 and 2008 to 2012, which had a lot of negative effects on the soil of the region, as well as the formation of dust generating centers in the mentioned time period. Also, the results showed that the highest correlation was related to Bandar Mahshahr station between NDVI and SPEI (PM12) indices with Pearson and Spearman correlation coefficients of 0.44 and 0.46, respectively, and the highest negative correlation at Masjid Suleiman station between NDVI and DU06 occurred with Pearson and Spearman correlation coefficients of -0.37 and -0.47, respectively. The results obtained in Khuzestan Province are almost realistic as the drought index increased, the NDVI index increased, and as the dust increased, the NDVI value decreased.

    Keywords: Dust, NDVI, Normalized Vegetation Index, Spearman correlation, three-variable couplet
  • Kiyoumars Roushangar*, Farhad Amanzadeh Aboueshagh, Hamidreza Abbaszadeh Pages 1467-1483

    Seepage is a crucial factor in the design of dams as it can lead to failure if not controlled. This study delves into the numerical modeling of seepage and investigates the effects of different sealing systems on the foundation and body of earthen dams under steady flow conditions. The study explores various sealing conditions ranging from optimal to critical, which include clay blankets, drains, and clay curtains in the foundation. In general, the combined effects have been studied by combining all types of defined elements without considering their geometric dimensions. The study reveals that the different seepage reduction systems have significant effects on reducing the flow within the dam body and foundation. The trend of seepage discharge increases with height and reaches a maximum between 38 to 46 meters before decreasing again. The combination of a drain, clay blanket, and clay curtain proved to be the most effective in ensuring the dam's stability. The study shows that this combination can reduce the flow rate by an average of 83%, the seepage rate by an average of 15.5%, and the water head by an average of 9.5% at downstream of the dam. The results of this study suggest that the diversity in the type of flow seepage reduction systems has a significant effect on reducing the flow inside the dam body and foundation. This finding underscores the importance of considering the combined effects of different sealing systems to ensure the stability of the dam.

    Keywords: Alborz dam, Sealing elements, Seepage, SEEP, W
  • MohammadSadegh Anbarsouz, Kumars Ebrahimi *, Ebrahim Amiri-Tokaldany Pages 1485-1502

    Irrigation networks are the main infrastructures for water conveyance and distribution in agricultural sector. Chemical damage of concrete is one of the main limiting factors for service life of irrigation networks. The main target of this research was to investigate and compare the risk of chemical detriments on concrete structures of Golestan and Kausar-Nomal irrigation networks. In this regard, in June 2022, water samples were collected from different points of the studied networks and the laboratory tests were performed. Then, the results of the water-quality parameters in tandem with the previously available monthly water quality data of the studied networks, were analyzed based on credible international criteria and using water corrosiveness indices. The Ryznar index values, for both Golestan and Kausar-Nomel networks, during October 2021-June 2022, were beyond the threshold of water corrosiveness (6.8). The average values of Ryznar index for the water samples of Golestan and Kausar-Nomel networks were 7.45 and 8.15, respectively, which means the corrosiveness intensity of Kausar-Nomel network’s water is significantly higher. Also, the concentration of dissolved-CO2 in the water of Kausar-Nomel network, in June 2022, was equal to 31.7 mg/l, which means that there has been a risk of cement decomposition. On the other hand, during the nine studied months, the sulfate-ion concentration values in the Golestan network’s water were recorded more than 150 mg/l, which is more than the minimum required for reaction with concrete. In four months out of the nine studied months, the magnesium-ion concentration values in the Golestan network’s water were more than 100 mg/l which are the beyond of threshold risk in concrete chemical damages.

    Keywords: Chemical Damages of Concrete, Golestan, Kausar-Nomal Irrigation Networks, Sustainable Operation, Water Security
  • Alireza Hassanoghli*, Masoud Farzamnia Pages 1503-1520

    The decline in quality and quantity of water resources has created a great challenge in the production of greenhouse agricultural products in Iran. Considering the increasing use of water desalination systems in the greenhouses, a research was conducted in Isfahan province (Falawarjan, Isfahan, Mobarakeh and Shahreza counties). Therefore, after visiting and observing various aspects of the use of these devices, samples were taken from well water, desalinated water and the condensed effluent of desalination systems and the methods of effluent disposing of the devices were studied. The results showed that the highest amount of well water salinity was observed in Falawarjan, with an average of 12.41 dS/m and the lowest in Shahreza, with an average of 4.09 dS/m. For condensed effluent of devices, the highest amount of salinity was also observed in Falawarjan, with an average of 16.63 dS/m and the lowest in Shahreza, with an average of 5.41 dS/m. The average salt removal from feed water (returned salt) in all investigated greenhouses in Isfahan province was 73%. In addition, the values of Sodium Absorption Ratio (SAR), Calcium-Magnesium Ratio, Chlorine and Bicarbonate level in water samples was also carried out. Regarding the condensed effluent discharge, the main option with 46% belonged to the release of effluent in the surrounding lands (environment), followed by combined use with well water for open-air agriculture with 27%, discharge to local wells with 18%, and discharge to trenches and the infiltration ponds with 9%, respectively. Due to the lack of monitoring of the implementation and use of these devices and the lack of consideration in waste disposal, a suitable situation was not observed, and with the continuation of the current process, the spread of contamination of water and soil resources is not far from expected.

    Keywords: Condensed discharge, Desalination, Water quality, Greenhouse, Reverse Osmosis
  • Salman Mardazad Navi, Masoud Esfahani, Akbar Forghani, Atefeh Sabouri, Shahram MahmoudSoltani*, Soheil Karamniya Pages 1521-1540

    In order to determine the nitrogen requirement of rice (cv. Guilaneh) using the nitrogen nutrition index and chlorophyll meter, an experiment was conducted as a randomized complete block design with three replications in the research field of the Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan, Rasht, Iran in 2016. Experimental treatments consisted of six nitrogen fertilizer levels (0, 60, 120, 180, 240, and 300 kg N. ha-1; Urea source). Evaluation of the relationship between nitrogen nutrition index and chlorophyll-meter readings at three stages of plant growth (maximum tillering, booting, and heading) to predict grain yield in response to nitrogen fertilizer showed that the equation of the critical nitrogen concentration in Guilaneh was Nc = 3.99W -0.36. The correlation between chlorophyll-meter readings and nitrogen nutrition index was positive and significant at each plant growth stage. The results showed that the mature lower leaves were more sensitive than the younger higher leaves in response to nitrogen fertilizer and were more suitable for detecting plant nitrogen status, especially during the booting and heading stages. The highest correlation was found between the nitrogen nutrition index and chlorophyll-meter (r=0.95*) and relative chlorophyll-meter (the ratio of chlorophyll-meter readings in each treatment to nitrogen saturated treatment) (r=0.96**) in the third leaf and booting stage. The overall results of this experiment showed that the nitrogen nutrition index and chlorophyll meter may consider reliable indicators for evaluating the nitrogen status of rice (cv. Guilaneh) during the growing season.

    Keywords: Rice (Guilaneh Cultivar), Heading, Yield, Critical Nitrogen Concentration, Leaf Chlorophyll
  • Iman Mehdidoost Roudbaneh, Somaye Janatrostami*, Afshin Ashrafzadeh, Saman Javadi Pages 1541-1564

    In this study, the accuracy of estimating shallow aquifer recharge values in Astane-Kouchsefahan using two models: SWAT (a surface water hydrological model) and MODFLOW (a groundwater flow model) was evaluated. Then the need for using SWAT in the modeling of groundwater flow, which is typically done by MODFLOW, was evaluated. For this purpose, the simulation of the Astane-Kouchsefahan aquifer was done by MODFLOW using GMS graphical user interface. Then the SWAT model was built for the Astane-Kochsefahan watershed and calibrated by the SUFI2 algorithm in SWAT-CUP software. In the following, after determining the two models' common spatial and temporal range, the aquifer recharge amounts were compared according to the outputs of the two models. MODFLOW results showed that the total aquifer recharges including recharge from the river in 1391-1392 were equal to 102.71 and 23.71 million m3, respectively. The highest and the lowest amounts of aquifer recharge occurred in December and April, respectively. The results of SWAT showed that the amounts of aquifer recharges including recharge from the river are estimated to be 138.34 and 35.09 million m3, respectively. So, the highest and the lowest recharge amount occurred in December and September, respectively. Based on the regional circumstances, SWAT offers more dependable estimates of the groundwater recharge parameters by considering surface water parameters and factors like the influence of dams and water transfer channels, soil characteristics, land use, climatic and meteorological data, and information regarding agriculture and irrigation management. Consequently, integrating the precise recharge results from SWAT into groundwater models such as MODFLOW leads to enhance and more reliable evaluations of the aquifer's state.

    Keywords: Shallow aquifer, Water balance, surface recharge, SWAT, MODFLOW
  • Sahar Karimi, Shayan Shariati, Ahmad Ali pourbabaei *, Hossein Ali Alikhani, Reyhaneh Kalami Pages 1565-1579

    Due to the association of some heavy metals with petroleum hydrocarbons, the use of native degrading bacteria of surfactant-producing oil that is resistant to heavy metals is one of the priorities of bioremediation technology. For this purpose, in this study, 39 alkane-degrading and biosurfactant-producing strains were used (isolated from saline soils contaminated with oil in the oil-rich areas of southern Khuzestan province) belonging to the soil microbiology laboratory gene bank of Tehran University. Then, the sensitivity of the isolates to different concentrations (40 to 80 ppm) of heavy metals (chromium, lead, copper, nickel, and cadmium) was tested. The results showed that only three strains Ochrobactrum lupini</em> strain SH23, Ochrobactrum lupini</em> strain SH24, and Bacillus subtilis</em> subsp. Inaquosorum</em> strain SH34 could grow in the presence of all heavy metals. The effects of different concentrations of heavy metals on the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Bactericidal Concentration (MBC) of selected bacteria showed that Ochrobactrum lupini</em> strain SH23 had the highest tolerance to heavy metals. The evaluation of the ability to degrade petroleum hydrocarbons in the presence of heavy metals by selected bacteria showed that the microbial consortium (SH23, SH24, and SH34) and Ochrobactrum lupini</em> strain SH23 were able to degrade 71 and 64% of crude oil with a concentration of 0.5% (v/v), respectively after 10 days of aeration at 30 0C. The findings of this research proved that by conducting additional environmental studies, the bacterium Ochrobactrum lupini</em> strain SH23 can be used in the treatment of water and wastewater contaminated with petroleum hydrocarbons and heavy metals.

    Keywords: Biosurfactant, Diesel, Heavy metals tolerant bacteria, Total Petroleum hydrocarbons
  • aida Bakhshi khorramdarre, Parisa Alamdari *, Ahmad Heidari, MohammadHosein Mohammadi Pages 1581-1596

    Researchers consistently seek methods that minimize data requirements and decrease soil quality assessment costs. Soil pores are recognized as indicators of soil physical quality due to their environmental sensitivity. This study identified key parameters related to soil pores and physico-chemical properties to assess their potential as indicators of soil physical quality. Conducted between 2020 and 2022 at the University of Tehran's Soil Sciences Department Micromorphology Laboratory, the study used image analysis to determine the parameters related to pores resulting from 126 experimental units, including ammendments, removals and disruptive experimental treatments and affected by 22 cycles of wetting and drying which were determined in two types of soils, sandy loam and silty clay. Parameters included sphericity, elongation, area, and compactness. The first two principal components (PC1 and PC2) represent more than 70% of the variations in the studied soils. Parameters like sphericity (81% and 80% correlation with PC1 and PC2) and elongation (77% and 83% correlation with PC1 and PC2) in loamy sand, and elongation (53% and 87% correlation with PC1 and PC2) and pore area (48% and 68% correlation with PC1 and PC2) in silty clay loam were identified as quality indicators. Comparing soil quality based on pores in different treatments with control showed 32% and 18% differences in loamy sand and silty clay loam, respectively, demonstrating indicator efficacy in reflecting soil quality changes. The microscopic features of pores that possess fractal properties were successfully utilized in this study for assessing soil quality. Based on this method, it is possible to employ this approach for determining soil quality on a field scale.

    Keywords: Image analysis, Minimum dataset, Principal component analysis, soil properties
  • Mahrokh Sharifmand, Ebrahim Sepehr*, MirHassan Rasouli-Sadaghiani, Siamak Asri-Rezaei Pages 1597-1608

    Antibiotics as emerging pollutants, potentially affect the environment and human health and their entry into the environment has created great concerns. To study the ciprofloxacin hysteresis phenomenon in the soil, the adsorption process was done with different concentrations of ciprofloxacin (0–1 mmol L-1) on a calcareous soil system. Then, the reversibility of the adsorption process was assessed through desorption experiments of ciprofloxacin-loaded soil samples. The concentration of ciprofloxacin was determined using high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC–MS/MS). The experimental data were analyzed using the Langmuir, Freundlich, and Redlich-Peterson isotherms. The results demonstrated the experimental data followed the Redlich-Peterson isotherm model due to the lowest value of error (SE= 0.24) and the highest value of correlation coefficient (R²=0.99). The exponent value of this equation (g) was less than one, so the adsorption surfaces are heterogeneous. Ciprofloxacin adsorption increased with increasing initial concentrations. The highest adsorption and desorption efficiency of ciprofloxacin was obtained at concentration 1 mmol L-1, 96% and 2%, respectively. The hysteresis index was 0.89 indicating low reversibility of the adsorption process or hysteresis phenomenon. The strong bind of the ciprofloxacin to the soil components leads to less degradability in soil and forms stable residues in the soil environment.

    Keywords: Adsorption, Antibiotic, Desorption, Hysteresis, Reversibility