فصلنامه تحقیقات مهندسی کشاورزی
سال نهم شماره 1 (بهار 1387)

بادام زمینی یکی از دانه های روغنی است که مغز آن 46 درصد روغن دارد. بادام زمینی مقدار قابل توجهی ماده خشک بدون چربی دارد که پس از روغن کشی برای خوراک دام قابل استفاده است. از پوست خارجی آن به عنوان ماده سوختی و تولید پالت پرس شده استفاده می شود. در ایران، استفاده آجیلی از بادام زمینی از زمان قدیم وجود داشته و امروزه در حال گسترش است. هرغلاف بادام زمینی 1 تا 6 مغز دارد. پس از برداشت محصول و رسیدن رطوبت غلاف به 10-5 درصد، جهت مصرف آجیلی یا استخراج روغن، مغز بادام زمینی را باید از پوست جدا کرد. هدف از این پژوهش طراحی، ساخت، و ارزیابی یک دستگاه پوست کن بادام زمینی بود که بتواند پوست را از غلاف بادام زمینی و سپس دانه و پوست را از هم جدا کند. دستگاه ساخته شده شامل: قیف تغذیه، کوبنده، ضدکوبنده، سینی دانه، فن، الکتروموتور، تسمه و پولی، شاسی، پوشش، و یاتاقان است. در ارزیابی عملکرد دستگاه، تاثیر پارامترهای سرعت خطی کوبنده در چهار سطح (4، 5، 6، و 7 متر بر ثانیه) و فاصله کوبنده از ضد کوبنده در چهارسطح (8، 12، 16، و20 میلی متر) در قالب طرح فاکتوریل بر پایه بلوک های کامل تصادفی بر راندمان پوست گیری و درصد شکستگی دانه بادام زمینی بررسی شد. نتایج نشان داد که سرعت خطی کوبنده و فاصله کوبنده با ضدکوبنده بر راندمان پوست گیری تاثیر معنی داری دارد در حالی که بر درصد شکستگی دانه ها تنها عامل فاصله تاثیر معنی دار نشان می دهد (01/0 > P). اثر متقابل این دو عامل بر پارامترهای یادشده معنی دار نبود. نتایج همچنین نشان داد در صورتی که در فرایند پوست گیری بادام زمینی ترکیب بهترین راندمان پوست گیری با کمترین میزان شکستگی مد نظر باشد سرعت خطی کوبنده باید 5 تا 7 متر در ثانیه و فاصله کوبنده و ضدکوبنده 12 میلی متر تنظیم شود. شکستگی دانه بادام زمینی در همه تیمارها به صورت دو لپه شدن بود و خردشدن دانه به ندرت اتفاق می افتاد. دانه های شکسته قابل استفاده بودند.

محدودیت های ارزیابی تفکیکی عملکرد شبکه های آبیاری در تعیین میزان اثربخشی عوامل سازه ای و بهره برداری، از مشکلات مهم ارزیابی در شبکه ها و ارائه گزینه های بهبود آن به شمار می آیند. تحقیقات در زمینه ارزیابی عملکرد شبکه های آبیاری، عوامل سازه ای و بهره برداری را عمدتا به صورت توام در نظر گرفته و در پاره ای موارد که سعی در ارائه شاخص ها به صورت تفکیکی کرده اند، شاخص های ارائه شده قادر به تفکیک تاثیرات دو عامل سازه ای و بهره برداری، به نحو مطلوبی نیستند. در این تحقیق، شاخص های ارزیابی عملکرد از دیدگاه عملیاتی و توزیع آب به گونه ای تعریف شده اند که قادرند تاثیر مسائل فیزیکی را از مسائل بهره برداری جدا و سهم هر یک از این بخش ها را در عملکرد کل تعیین کنند. با توجه به اهداف عملیات بهره برداری در کانال های آبیاری و تاثیرات متقابل سازه ای و بهره برداری بر آن، شاخص های ارزیابی برحسب عمق جریان، دبی جریان برنامه ریزی شده یا مورد توافق، و تغییرات زمانی و مکانی آنها به تفکیک عوامل موثر سازه ای و بهره برداری تدوین شده اند. با توجه به اهمیت زمان بندی اجرای عملیات بهره برداری و میزان انعطاف پذیری شبکه در پاسخگویی به نیاز مشترکان، شاخص هایی برای این دو مقوله نیز تعریف شده اند. سپس یک برنامه بهره برداری برای کانال E1R1 شبکه دز، با استفاده از شاخص های ارائه شده با روش شبیه سازی با مدل ریاضی ICSS، ارزیابی شده است. پس از ارزیابی عملکرد کانال، توسط شاخص های تفکیک شده سازه ای و بهره برداری، راهکار بهبود نیز شبیه سازی شده نتایج آن، میزان اثربخشی گزینه اصلاحی را در شاخص های تفکیکی نشان داده است. نتایج آزمون مورد نظر نشان داد که شاخص کمبود عمق کل کانال، سازه ای و بهره برداری به ترتیب 78، 90، و 86 درصد بوده است. شاخص کفایت بهره برداری 90 و کفایت سازه ای 94 درصد بوده است که موجب شده شاخص کفایت کل کانال 96 درصد به دست آید. با اجرای گزینه اصلاحی شاخص های کمبود عمق بهره برداری، سازه ای، و کل به ترتیب حدود 12، 6، و 18 درصد و شاخص های کفایت بهره برداری، سازه ای، و کل به ترتیب حدود 9، 4، و 13 درصد بهبود می یابند. نتایج بیانگر آن است که شاخص های پیشنهادی می توانند ابزاری مناسب در ارزیابی تفکیکی عملکرد کانال های آبیاری و تعیین اولویت گزینه های بهبود فیزیکی و بهره برداری در شبکه باشند.

این پژوهش به منظور بررسی حرکت آب و نیتروژن در خاک تحت شرایط مختلف آبی به مدت دو سال زراعی (1379و 1380) در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خراسان روی چغندرقند اجرا شد. سه تیمار آبی بدون تنش، تنش مداوم، و تنش ابتدایی و سه سطح نیتروژن با مقادیر 80، 160 و 240 کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار مورد بررسی قرار گرفت. مقدار تخلیه رطوبتی در تیمارهای آبی به ترتیب برابر با 50، 80، و 90 درصد آب قابل استفاده بود. از مدل LEACHN برای تجزیه و تحلیل داده ها استفاده شد. مقایسه نتایج مدل با مقادیر اندازه گیری شده نشان داد که مدل روند تغییرات غلظت آمونیم و نیترات خاک را با دقت قابل قبولی پیش بینی می کند. همبستگی بین مقادیر اندازه گیری و براوردشده در سطح 1 درصد معنی دار بود. بلافاصله بعد از کاربرد نیتروژن، مقدار آمونیم و نیترات در لایه های سطحی به شدت افزایش یافت. در لایه های سطحی مقدار آمونیم در تیمار بدون تنش آبی کمتر از سایر تیمارها بود. در زمان تنش آبی، جذب آمونیم و نیترات کاهش ولی بعد از شکسته شدن تنش، مقدار آن افزایش یافت. با افزایش عمق خاک، مقدار نیترات در تیمار بدون تنش افزایش یافت. در تیمارهای با تنش آبی، میزان تلفات نیتروژن بر اثر تصعید آمونیم، نیترات زدایی، و آبشویی نیترات کاهش یافت.

با شبیه سازی جریان آب در کانال ها و شبکه های آبیاری می توان برخی از علل عملکرد ضعیف این سیستم ها را پیدا و راه حل مناسب را پیشنهاد کرد. مدل های ریاضی مناسب که اخیرا مورد توجه زیادی واقع شده است، می توانند ابزارهای مناسب جهت شبیه سازی جریان آب در شبکه های آبیاری و زهکشی باشند. در این تحقیق، دو مدل معروف HEC-RAS و MIKE-11 مقایسه و هیدرولیک جریان در یکی از کانال های درجه 2 در شبکه آبیاری و زهکشی درودزن فارس با این دو مدل بررسی شده است. سازه های کنترل کننده جریان آب در این شبکه عمدتا از نوع روزنه های دریچه دار مستطیلی با بار ثابت و دریچه های قوسی هستند. در این تحقیق، از نرم افزار HEC-RAS که بیشتر برای بررسی هیدرولیک رودخانه کاربرد دارد، جهت شبیه سازی جریان ماندگار در شبکه مذکور استفاده و با مدل غیرماندگار MIKE-11 مقایسه شد. به دلیل محدودیت های موجود در مدل HEC-RAS، با استفاده از دو سری داده اندازه گیری شده آزمایشگاهی و میدانی، روابطی جدید برای تعیین دبی دریچه های قوسی آزاد به دست آمد و بر اساس آنها مدل تصحیح شد. مدل با استفاده از داده های اندازه گیری شده دبی جریان، بازشدگی دریچه ها، و رقوم سطح آب در کانال اجرا و واسنجی و اعتبار آن تایید شد. برای مقایسه مدل ها از چند پارامتر آماری استفاده شد. نتایج نشان داد که اولا رابطه جدید به دست آمده برای دریچه های قوسی رابطه ای است مناسب و ثانیا، برای تجزیه و تحلیل هیدرولیک جریان در شبکه آبیاری درودزن و شبکه های مشابه با نرم افزار HEC-RAS، پس از تصحیح می تواند قابلیت بهتری نسبت به MIKE-11داشته باشد. همچنین مشخص شد که فاصله محور دریچه قوسی تا کف کانال عاملی مهم است که در روابط حاکم بر دریچه های قوسی باید به آن توجه شود.

منحنی مشخصه رطوبتی خاک یکی از مهم ترین خصوصیات خاک در تعیین ویژگی های هیدرولیکی از جمله هدایت هیدرولیکی غیر اشباع است. از آنجا که اندازه گیری این ویژگی اجتناب ناپذیر است تلاش محققان همواره بر آن بوده تا با روش های غیرمستقیم، مانند توابع انتقالی و روابط تجربی، دستیابی به این ویژگی خاک را آسان سازند. در این مطالعه با توجه به ارتباط تنگاتنگ بین منحنی مشخصه رطوبتی و منحنی دانه بندی خاک و با استفاده از هندسه فرکتالی سعی شد تا رابطه ای منطقی بین ابعاد فرکتالی این دو منحنی به دست آید تا بر اساس آن بتوان با اندازه گیری منحنی دانه بندی خاک به عنوان یک ویژگی سهل الوصول، منحنی رطوبتی خاک را تخمین زد. به همین منظور از 40 نمونه خاک شامل 7 بافت مختلف استفاده شد. پس از آن، دو رابطه لگاریتمی برای تعیین بعد فرکتالی منحنی دانه بندی (Dp) و منحنی مشخصه رطوبتی (Ds) بر اساس درصد رس آنها با ضریب همبستگی 96/0 و 93/0 ارائه شد. و سرانجام یک رابطه غیر خطی درجه سه بین دو بعد فرکتالی Ds و Dp با ضریب همبستگی 94/0 به دست آمد. برای ارزیابی این رابطه از مشخصات فیزیکی 5 نمونه خاک با بافت مختلف در استان فارس استفاده شد. بدین ترتیب که ابتدا بر اساس بعد فرکتالی محاسبه شده از منحنی دانه بندی، بعد فرکتالی مربوط به منحنی مشخصه رطوبتی آنها تعیین و منحنی مشخصه رطوبتی با استفاده از مدل ژو تخمین زده شد. به منظور افزایش دقت در پیش بینی منحنی مشخصه رطوبتی، با ارائه مدل واسنجی و با استفاده از دو نقطه اندازه گیری شده از منحنی مشخصه رطوبتی سعی شد تا مقادیر پیش بینی شده رطوبت اصلاح شوند. مقادیر واسنجی و اندازه گیری شده رطوبت خاک با استفاده از آنالیز پارامترهای آماری خطای استاندارد نسبی (RSE) و ضریب آکائیک (AIC) مقایسه شدند. نتایج نشان داد که مدل واسنجی قادر است مقادیر RSE و AIC را به ترتیب از 50 تا 85 درصد و 20 تا 93 درصد کاهش دهد.

گزانگبین ماده ای است شیرین که به طور طبیعی از تراکم مواد قندی و توسط حشره سیاموفیلا آستراگالیکولا به دست می آید که از شیره گیاه گون گزانگبینتغذیه می کند. منحنی های جذب و دفع رطوبت در گزانگبین به روش دینامیکی برای یک نمونه گزانگبین در رطوبت های نسبی 0، 15، 30، 45، 60، 75 و 90 درصد و در دو دمای 15 و 25 درجه سانتی گراد با تکنیک جذب دینامیکی بخار اندازه گیری شد. در رطوبت های نسبی متفاوت، تغییرات وزن نمونه در برابر زمان به طور مداوم اندازه گیری و با استفاده از یک مدل نمایی برازش داده شد. منحنی جذب رطوبت در گزانگبین از نوع سوم بود و ظرفیت جذب آب با افزایش دما کاهش یافت. پدیده پسماند در منحنی های جذب رطوبت مشاهده شد به این ترتیب که در هر رطوبت نسبی معین، مقدار رطوبت تعادلی در مرحله دفع بیش از مرحله جذب بود. داده های آزمایشی با مدل GAB برازش داده شدند و مشخص شد که این مدل به خوبی قادر به برازش داده های آزمایشی در فعالیت آبی کمتر از 75/0 است. همچنین، مشخص شد که ویژگی نفوذ آب در گزانگبین در زمان های کوتاه از نوع فیکی است و از قوانین فیک تبعیت می کند.

نشاسته، پلیمر ارزان و طبیعی با کاربری فراوان است. نشاسته طبیعی مشکلاتی به وجود می آورد که استفاده وسیع از آن را در صنایع محدود می کند. می توان نشاسته را در جهت کاربرد موردنظر صنعت اصلاح کرد. امروزه توجه ویژه به اصلاح فیزیکی نشاسته برای کاربردهای غذایی وجود دارد زیرا نشاسته اصلاح شده فیزیکی ایمن است. امواج فراصوت می تواند فرایند موثری برای اصلاح نشاسته باشد. در این تحقیق، نشاسته گندم و سیب زمینی در شرایط مختلف (شدت، مدت زمان، و دما) تحت تاثیر امواج فراصوت قرار گرفت و خواص فیزیکی نشاسته بررسی شد. امواج فراصوت باعث کاهش ویسکوزیته حداکثر به میزان 21 و 13 درصد و افزایش پایداری ویسکوزیته داغ و سرد در نشاسته گندم و سیب زمینی شد. همچنین امواج فراصوت باعث افزایش دمای خمیری شدن نشاسته گندم و سیب زمینی به میزان 10 و 6 درجه سانتی گراد شد؛ خمیر تولیدشده شفاف تر و ویسکوزیته آن کمتر بود. بررسی نحوه تاثیر امواج فراصوت بر نشاسته سیب زمینی نشان داد که الگوی تاثیر بر نشاسته سیب زمینی گندم یکی است اما عامل دما و شدت صوت مهم تر است و بیشتر تغییرات بالای درجه حرارت ژلاتیناسیون و بر اثر انهدام گرانول ها اتفاق می افتد. بررسی مشخص کرد که روند تغییرات ایجادشده در خصوصیات نشاسته در اثر اعمال امواج فراصوت تقریبا یکسان است و عواملی که بیش از همه بر میزان تغییرات موثرند، شدت امواج و دماست. طولانی کردن مدت زمان تاثیر صوت بیش از 10 دقیقه تقریبا بی اثر بود. امواج فراصوت قوی می توانند برای تهیه نشاسته اصلاح شده فیزیکی که به ویسکوزیته کم و شفافیت بالا نیاز دارد به کار رود و در واقع کمکی برای تولید نشاسته اصلاح شده فیزیکی رقیق در حالت جوش باشد که امروزه اغلب با روش های شیمیایی نظیر تیمار با اسید یا اکسیداسیون تولید می شوند.

در این تحقیق با به کارگیری یک دستگاه خشک کن آزمایشگاهی سه واحدی قابل اتصال به کامپیوتر، فرایند خشک شدن کلزا به صورت تک لایه و پیوسته بررسی شد و با استفاده از طرح آماری کاملا تصادفی تاثیر تغییرات دو عامل مهم یکی دمای خشک کردن و دیگری سرعت جابه جایی هوای گرم بر پارامتر زمان و تغییر آهنگ خشک کردن، ضرایب نفوذ رطوبت، و انرژی فعال سازی محصول کلزا رقم اوپرا در دماهای 40، 50، و 60 درجه سانتی گراد و دو سرعت جابه جایی هوای گرم 1 و 2 متر بر ثانیه ارزیابی شد. همچنین، با استفاده از معادله رگرسیونی خطی، مدل تخمین زمان خشک شدن کلزا در محدوده دمایی آزمایش ها نیز ارائه شد. علاوه بر شاخص های ذکرشده، پارامترکیفی درصد اسیدیته روغن کلزای خشک شده نیز اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که تاثیر فاکتورهای دما و سرعت جابه جایی هوا بر فرایند خشک شدن محصول کلزا معنی دار است. تغییر دمای فرایند از 40 به 60 درجه سانتی گراد، 4/66 درصد از زمان خشک شدن را کم کرد. تغییر سرعت هوای گرم از 1 به 2 متر بر ثانیه موجب 4/29 درصد کاهش در زمان خشک شدن آن گردید. ضریب نفوذ رطوبت دانه کلزا در محدوده دمایی تحقیق از 8-10×05694/2 تا 8-10×8061/5 مجذور متر بر ثانیه تغییر می کند. انرژی فعال سازی نیز در حدود 34/27 تا 49/37 کیلو ژول بر مول به دست آمد. از نظر کیفی تغییرات دما و سرعت هوا در محدوده های ذکرشده تاثیری معنی دار بر افزایش اسیدهای چرب آزاد روغن استحصالی کلزای خشک شده نداشت.

ارزیابی عملکرد شبکه های آبیاری و زهکشی در نقاط مختلف دنیا نشانگر فاصله زیاد آنها از شرایط مطلوب است. علاوه بر مشکلات فیزیکی و بهره برداری از شبکه ها، محدودیت های روش شناسی ارزیابی عملکرد نیز موجب شده که روش های معمول ارزیابی عملا در بهبود عملکرد شبکه ها تاثیر قابل توجهی نداشته باشند. علی رغم تحقیقات زیاد در جهت ارائه روش های ارزیابی، مدیران و تصمیم گیران به دلیل تعدد و پیچیدگی متغیرهای موثر بر عملکرد و تنوع گزینه های بهبود، همچنان در انتخاب گزینه های برتر بهبود عملکرد با مشکل مواجه هستند. بنابراین، تعیین میزان بهبود عملکرد نسبت به تغییر عوامل تصمیم گیری، به منظور تعیین اولویت و انتخاب بهترین گزینه های بهبود عملکرد حائز اهمیت است. در این تحقیق یک مدل پشتیبانی تصمیم بر اساس روش تحلیل پوششی داده ها و تحلیل حساسیت آن توسعه یافته است. مدل تهیه شده علاوه بر ارزیابی عملکرد و تعیین استانداردها و ظرفیت های بهبود، با تحلیل حساسیت نتایج، میزان اثربخشی گزینه های بهبود و رتبه بندی آنها را تعیین و از آن به عنوان ابزار پشتیبانی تصمیم مدیران شبکه، برای انتخاب گزینه های بهبود استفاده می کند. مدل تهیه شده با استفاده از اطلاعات هشت شبکه آبیاری و زهکشی کشور اجرا گردید. که در این مقاله تنها به تشریح نتایج برای یکی از شبکه ها پرداخته شده است که برای دیگر شبکه ها نیز قابل تعمیم است. در این ارزیابی، کارایی شبکه «یک» 2/0 به دست آمد و مرجع آن تعیین شد و در مقایسه با مرجع مشخص گردید که این شبکه در مورد شاخص های «پرسنل» و «ماشین آلات» در مقایسه با دو شاخص دیگر «فنی» و «هزینه» عملکرد ضعیف تری داشته است. در بین شاخص های «فنی» و «هزینه» نیز کاهش «هزینه» اثر بیشتری بر بهبود عملکرد شبکه داشته است. صرفه جویی در مورد شاخص «ماشین آلات» نیز موثرتر از سایر نهاده های شبکه تعیین شد. با استفاده از مدل توسعه یافته و قابلیت تحلیل حساسیت در روش تحلیل پوششی داده ها (DEA)، می توان اطلاعات لازم را جهت تصمیم گیری در مورد گزینه های بهبود، که در دوره های ارزیابی ماهانه، فصلی یا سالانه به دست می آید، در اختیار مدیران قرار داد.

ارزش غذایی کاه غلات می تواند با عمل آوری و با استفاده از اوره به عنوان منبع آمونیاک افزایش یابد. عمل آوری مرسوم کاه غلات با اوره در کشور روشی پرهزینه، مشکل، و زمان بر است. کاربرد ماشین برای تسهیل یا حذف برخی از این عملیات ضروری است. هدف این تحقیق عمل آوری کاه گندم به روش مکانیزه و مقایسه ترکیبات شیمیایی و قابلیت هضم آن با روش غیر مکانیزه (دستی) بود. برای عمل آوری مکانیزه کاه از دستگاه بسته بند مکعبی مجهز به سیستم پاشش محلول اوره استفاده شد. همزمان با اجرای آزمایش ها به روش مکانیزه، عمل آوری کاه به شیوه رایج نیز اجرا شد. ارزش غذایی نمونه های غنی شده به روش مکانیزه و نمونه های روش رایج در آزمایشگاه تعیین و مقایسه شدند. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که که اثر روش عمل آوری بر مقادیر برخی از ترکیبات شیمیایی کاه (DM، Ash، CP، CF، و (ADL معنی دار نیست. اما اثر این عامل بر قابلیت هضم کاه (DMD، OMD، و (DOMD و سایر ترکیبات شیمیایی از قبیل NDF و ADF معنی دار است (05/0 P<). میانگین مقادیر DMD، OMD، و DOMD در کاه عمل آوری نشده به ترتیب برابر 00/30، 64/27، و 92/25 درصد بود که پس از عمل آوری در روش رایج به 35/44، 43/44، و 46/41 و در روش مکانیزه به 35/40، 87/37، و 51/35 درصد رسید. ظرفیت مزرعه ای و ماده ای موثر دستگاه برای عمل آوری مکانیزه کاه به ترتیب برابر با 41 /0 هکتار در ساعت و 05/2 تن در ساعت بود. با استفاده از دستگاه بسته بند مجهز به سیستم پاشش محلول اوره، می توان هزینه های عمل آوری هر تن کاه را به میزان 360000 ریال کاهش داد. این روش همچنین توانایی پاشش محلول و رساندن رطوبت به میزان مورد نیاز را برای عمل آوری کاه در شرایط مزرعه دارد.