فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال دوم شماره 3 (بهار 1392)
  • سال دوم شماره 3 (بهار 1392)
  • تاریخ انتشار: 1392/02/17
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مینا کیانی، مهدی قیصری، بهروز مصطفی زاده صفحه 1
    مدل های گیاهی ابزاری مناسب و کم هزینه برای بررسی اثر نهاده ها بر عملکرد منابع آب، خاک و عملکرد گیاهی می باشند. هدف از این پژوهش، ارزیابی مدل گیاهی OILCROP-SUN برای رقم یوروفلور گیاه آفتابگردان به منظور فراهم کردن بستری مناسب برای حفاظت بهینه از منابع آب و خاک بود. این پژوهش با استفاده از طرح آماری کرت های نواری در قالب بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. تیمارهای آزمایشی شامل چهار سطح آبیاری و سه سطح کود نیتروژن بود. در پایان دوره رشد، وزن زیست توده، وزن هزار دانه، عملکرد دانه، درصد روغن دانه و درصد نیتروژن دانه اندازه گیری شد. با استفاده از داده های پایان دوره در دو تیمار آبیاری کامل و بیش آبیاری در یک سطح کود نیتروژن، مدل گیاهی واسنجی و شش ضریب ژنتیکی مدل برای واریته یوروفلور استخراج شد. برای ارزیابی مدل از دیگر تیمارهای سطوح آبیاری و کود نیتروژن که در واسنجی به کار نرفتند، استفاده گردید. نتایج نشان داد عملکرد دانه برای 12 تیمار آزمایشی با مقدار شاخص NRMSE برابر 5/18 درصد و شاخص d برابر با 92/0 شبیه سازی شد. همچنین، مقدار d در تیمارهای مختلف آب و کود نیتروژن برای نیتروژن دانه برابر 93/0، و برای روغن دانه 91/0 بدست آمد.
    کلیدواژگان: کود نیتروژن، مدل گیاهی آفتابگردان، نرم افزارDSSAT، یوروفلور
  • امین فلامکی، مهناز اسکندری، عبدالحسین بغلانی، سید احمد احمدی صفحه 13
    برآورد بار رسوب کل رودخانه ها از مسائل مهم و کاربردی در مدیریت و برنامه ریزی منابع آب است. غلظت رسوب می تواند به روش های مستقیم و یا غیرمستقیم محاسبه شود که معمولا روش های مستقیم پرهزینه و زمان بر هستند. همچنین بار رسوب کل می تواند به کمک روابط مختلف انتقال رسوب محاسبه شود، لیکن به طور معمول کاربرد این روابط نیاز به شرایط معینی داشته و به علاوه در بیشتر موارد نتایج حاصل از آن ها با یکدیگر و با مقادیر اندازه گیری شده متفاوت است. هدف از این پژوهش ارائه روشی بر پایه شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) در تخمین بار رسوب کل بود. بدین منظور از دو نوع شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) و توابع پایه شعاعی (RBF) و 200 نمونه، استفاده شد. 75 درصد از داده ها برای آموزش و 25 درصد برای آزمون شبکه ها در نظر گرفته شدند. متغیرهای ورودی مدل ها شامل سرعت متوسط جریان، شیب کف آبراهه، عمق متوسط، عرض آبراهه و قطر میانه ذرات رسوب و خروجی مدل، غلظت رسوب بود. متغیرهای ورودی مرحله به مرحله به شبکه ها اضافه شدند و هر بار نتایج ارزیابی شد تا مناسب ترین مدل تعیین شود. سپس نتایج حاصل از مدل های ANN با پنج معادله معروف انتقال رسوب مقایسه شدند. شاخص های آماری نشان داد که دقت شبکه های عصبی به ویژه مدل MLP در تخمین بار رسوب کل با ضریب همبستگی 96/0 بیش از سایر مدل هاست. همچنین مشخص شد که برای افزایش دقت مدل نیاز به آموزش آن با هر دو نوع داده های هیدرولوژیک و رسوب است. رابطه Ackersو White در برآورد مقدار بار رسوب کل بسیار بیش برآورد و سایر روابط، کم برآورد بودند. نتایج این پژوهش نشان داد که مدل های ارائه شده بر پایه شبکه های عصبی با مقادیر رسوب کل مشاهده شده هم خوانی بیشتری دارند و بویژه شبکه MLP می-تواند مقدار رسوب را در نقاط پیک به خوبی برآورد نماید.
    کلیدواژگان: پرسپترون چند لایه، توابع پایه شعاعی، روابط انتقال رسوب، غلظت رسوب کل
  • ابراهیم باباییان، مهدی همایی، علی اکبر نوروزی صفحه 27
    توابع پارامتریک نگهداشت آب در خاک از پارامترهای مهم برای مدل های حفاظت آب و خاک می باشند. هدف از انجام این پژوهش، امکان سنجی استفاده از اطلاعات طیفی خاک به منظور اشتقاق توابع انتقالی طیفی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک بود. از این رو، بازتاب ابرطیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترورادیومتر اندازه گیری و پس از انجام (پیش)پردازش های لازم، همبستگی بین باندها با مقدار رطوبت خاک به ازای پتانسیل های ماتریک 15000-، 10000-، 5000-، 3000- و 330- سانتی متر مورد بررسی قرار گرفت. سپس توابع انتقالی به روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و PLSR توام با نمونه برداری مجدد (Bagging-PLSR) پی ریزی و تحت عنوان توابع انتقالی طیفی نقطه ای (PSTFs) نامگذاری شدند. نتایج نشان داد توابع انتقالی طیفی توانایی قابل قبولی برای برآورد مقدار نگهداشت آب در خاک دارند. توابع انتقالی طیفی حاصل از روش PLSR دارای دقت نسبتا بیشتری (cm3 cm-3 022/0-012/0RMSE=) در مقایسه با توابع بدست آمده از روش Bagging-PLSR (cm3 cm-3 029/0-012/0RMSE=) برای برآورد مقدار رطوبت حجمی خاک در هر یک از پتانسیل های ماتریک خاک بودند. از طرفی، در هر دو روش مقدار رطوبت خاک در پتانسیل های ماتریک 15000-، 10000- و 5000- با دقت بیشتری نسبت به مقدار رطوبت در پتانسیل های ماتریک 3000-، 1000- و 330- سانتیمتر برآورد شد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که توابع انتقالی طیفی می توانند به عنوان یکی از روش های غیر مستقیم برای مطالعه وضعیت نگهداشت آب در خاک به ویژه در مکش های بالاتر مورد استفاده قرار گیرند.
    کلیدواژگان: بازتاب طیفی، توابع انتقالی طیفی نقطه ای، نگهداشت آب در خاک
  • منیژه جعفری، سهیلا ابراهیمی، سید علیرضا موحدی نایینی صفحه 43
    آلودگی خاک به نفت خام و مشتقات آن از خطرناک ترین آلودگی های زیست محیطی به شمار می-رود. این پژوهش، به منظور بررسی و بهینه سازی شرایط میکروارگانیسم های بومی خاک با استفاده از کودهای شیمیایی ازت، فسفر، پتاسیم و کمپوست زباله شهری با هدف پاکسازی خاک آلوده به نفت کوره (130 گرم در کیلوگرم)، سودمندی ماده اصلاحی و نسبت بهینه اختلاط آن با خاک آلوده انجام شد. بدین منظور، کمپوست زباله شهری با سه سطح 5، 10 و 15 درصد به همراه کودهای شیمیایی ازت، فسفر و پتاسیم با دو نسبت 10:1:1 و 10:2:1 با خاک آلوده مخلوط شد. پس از طی زمان تعادلی اولیه (10 روز)، مقدار کاهش کل آلاینده هیدروکربنی خاک تحت شرایط رطوبتی و هوادهی مناسب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد با افزایش درصد کمپوست، مقدار آلاینده نفتی خاک به گونه ای کاهش می یابد که تیمار 15% بیشترین مقدار کاهش را به اندازه 59 تا 62 درصد ایجاد می کند. نتایج استفاده از دو نسبت کودی مورد استفاده، موید سودمندی بهتر کود NPK با نسبت 10:2:1 بود. کاربرد مواد اصلاحی برای همه موارد به کار رفته نشانگر تاثیر مناسب باکتری های تجزیه کننده آلاینده هیدروکربنی، به ویژه در نخستین هفته پس از تعادل تیمارها به دلیل تجزیه سریع تر ترکیبات زنجیر کوتاه و ساده مانند آلکان ها می باشد. در این پژوهش، بین میزان تجزیه TPH و CO2 حاصل از فعالیت میکروبی، همبستگی موثری مشاهده شد که نشان دهنده ارتباط تجزیه نفت کوره به وسیله میکروارگانیسم های تجزیه کننده نفت است. اعمال تیمار همزمان کمپوست زباله شهری 15% و کود شیمیایی NPK با نسبت 10:2:1 در بازه زمانی شش هفته، موثرترین تیمار و روشی بهینه برای اصلاح خاک های آلوده به نفت کوره منطقه با میزان تجزیه 62 درصد می باشد.
    کلیدواژگان: آلودگی خاک، تجزیه زیستی، کمپوست
  • سیده محبوبه موسوی فرد، حمیدرضا ممتاز، حبیب خداوردیلو صفحه 57
    طراحی و اجرای برنامه های حفاظت خاک نیازمند پهنه بندی دقیق و بهینه ویژگی های خاک است. از جمله عوامل بسیار موثر در پهنه بندی ویژگی های خاک، روش درون یابی کاربردی است. هدف از این پژوهش، ارزیابی کارایی شماری از روش های رایج درون یابی به منظور تخمین و پهنه بندی برخی ویژگی های کیفی خاک سطحی شامل درصد رس، هدایت الکتریکی، درصد کربنات کلسیم معادل و کربن آلی در اراضی زراعی منطقه نقده واقع در استان آذربایجان غربی با مساحتی حدود 8300 هکتار بود. به این منظور تعداد 282 نمونه خاک سطحی (30-0 سانتیمتری) به صورت تصادفی جمع آوری و مورد تجزیه آزمایشگاهی قرار گرفت. روش های قطعی (توابع پایه شعاعی و چند جمله ای فراگیر) و زمین آماری (کریجینگ معمولی) به منظور پهنه بندی ویژگی های خاک بکار گرفته شدند. هدایت الکتریکی بیشترین (14/90) و رس کمترین (97/28) میزان تغییرپذیری را نشان دادند. مدل های نمایی، گوسی و کروی بر تغییرنما های تجربی برازش داده شدند. رس و هدایت الکتریکی با مدل نمایی، کربنات کلسیم معادل با مدل گوسی و کربن آلی با مدل کروی بهترین برازش را داشتند. نتایج نشان داد که روش کریجینگ معمولی دارای کمترین مقدار شاخص توازن خطا– واریانس (BVTO) برای تخمین مقدار رس، شوری، آهک و کربن آلی بود و روش توابع پایه شعاعی با مدل نواری کم ضخامت بیشترین مقدار خطا را در برآورد این متغیرها داشت. در نهایت با در نظر گرفتن بهترین روش درون یابی، نقشه های پهنه بندی ویژگی های خاک در محیط GIS تهیه گردید.
    کلیدواژگان: ویژگی های کیفی خاک، زمین آمار، روش های درون یابی، کریجینگ
  • شیلان حسن زاده آرنایی، پرویز فتحی صفحه 73
    آبیاری قطره ای– نواری یکی از روش های نوین آبیاری می باشد که نقش موثری در بهبود راندمان آبیاری و تولید محصولات زراعی و باغی دارد. در این روش آبیاری، گرفتگی فیزیکی مشکل عمده ای به شمار می آید که باعث کاهش یکنواختی پخش آب و افزایش هزینه بهره برداری از سیستم آبیاری می گردد. با وجود سیستم تصفیه مناسب، همچنان برخی از ذرات با قطر کمتر از 075/0 میلی متر (کوچکتر از قطر فیلترهای توری در سیستم آبیاری قطره ای)، می توانند از فیلترها عبور کرده و باعث گرفتگی قطره چکان ها شوند. در این تحقیق میزان تاثیر این ذرات بر میزان گرفتگی فیزیکی قطره چکان ها بررسی شد. برای این منظور، یک مدل فیزیکی آبیاری قطره ای با سه لاترال و 7 قطره چکان روی هر لاترال طراحی گردید. از یک مخزن پلاستیکی برای تهیه آب گل آلود حاوی ذرات با هفت بازه قطری مختلف استفاده گردید. در این تحقیق با ورود آب گل آلود حاوی ذرات با بازه قطری مورد نظر، مقادیر دبی قطره چکان ها اندازه گیری گردید. از شاخص های میانگین دبی قطره چکان ها، ضریب یکنواختی کریستیانسن، درصد دبی تخلیه و درصد کاهش دبی برای تحلیل گرفتگی قطره چکان ها استفاده گردید. نتایج نشان داد که تاثیر قطر ذرات ریز بر گرفتگی قطره چکان ها در سطح احتمال 1 درصد معنی دار است. همچنین نتایج نشان داد که با کاهش قطر ذرات، میزان گرفتگی افزایش می یابد. به طوری که در اندازه ذرات با قطرهای کمتر از 037/0 میلی متر، بیشترین گرفتگی در قطره چکان ها ایجاد می شود.
    کلیدواژگان: آبیاری قطره ای، نوار تیپ، گرفتگی فیزیکی، ذرات خاک
|
  • Mina Kiani, Mahdi Gheysari, Behrouz Mostafazadeh, Fard Page 1
    Crop models are appropriate and low-cost tools for investigating the effect of agricultural inputs on water and soil resources and crop production. The objective of this study was to evaluate the OILCROP-SUN model for Euroflor hybrid of sunflower in order to gain a suitable base to conserve soil and water resources. This study was conducted as a strip-plot statistical design with randomized complete blocks design with three replications for each treatment. Total biomass, seed weight, seed yield, percentage of seed oil, and seed nitrogen were measured. Using collected field data, OILCROP-SUN model was calibrated and evaluated for different levels of water and nitrogen applications. Six genetic coefficients were then derived from calibration of OILCROP-SUN model for Euroflor hybrid. The results indicated that seed yields were simulated reasonably well for 12 treatments with NRMSE value of 18.5%, and the d-index of 0.92. The d value of different treatments of water and nitrogen for seed nitrogen was 0.93, and for oil production per hectare was 0.91.
    Keywords: DSSAT software, euroflor, nitrogen fertilizer, sunflower crop model
  • Amin Falamaki, Mahnaz Eskandari, Abdolhossein Baghlani, Seyed Ahmad Ahmadi Page 13
    Estimating total sediment load in rivers is an important and practical issue for water resources planning and management. The sediment concentration can be calculated by both direct and indirect measurements, but direct methods are usually costly and time-consuming. Further, total sediment load can be determined by several sediment load transport models. These equations, however, are applicable in certain circumstances, and in most cases the outcomes do not agree with each other and with measured data. The objective of this study was to propose a method based on artificial neural networks (ANN) to predict total sediment load concentration. Consequently, two ANNs including multilayer perceptrone (MLP) and radial basis function (RBF) with 200 data were used for the modeling purposes. For training and testing the ANN models, 75 and 25 percent of data were used, respectively. The input variables were designated to be average flow velocity, average depth, water surface slope, canal width and median particle diameter of sediment, while the models output was total sediment load concentration. The input variables were included to the models step wisely and the results were evaluated to find out the most suitable ANN models. The predicted values were then compared with five known sediment load transport equations. The conducted statistical analyses indicated that ANNs models in particular MLP can provide better prediction for total sediment load with correlation coefficient of 0.96. It was further concluded that to enhance the accuracy of ANN model, training of the network should be accomplished using both hydrological and sediment data. The Ackers and White equation was very overestimating the total sediment load, while all other equations were underestimating. Based on the results obtained in this study, the ANN-based models provide better concurrence with the observed data, particularly MLP network which can reasonably well predict the peak point of total sediment.
    Keywords: multi layer perceptrone, radial basis functions, sediment transport formulas, total sediment concentration
  • Ebrahim Babaeian, Mehdi Homaee, Ali Akbar Noroozi Page 27
    Parametric soil water retention functions are important inputs for soil water conservation models. The objective of this study was to derive some spectrotransfer functions (STFs) to estimate soil water retention functions, using spectral reflectance. Consequently, proximal spectral reflectance of the soil samples within the VIS-NIR and SWIR (400-2500 nm) ranges was measured by using a handheld spectroradiometer apparatus. After (pre)processing the spectral data, the correlation between all wavelengths and soil water contents at matric potentials of -15000, -10000, -5000, -3000, -1000 and -330 cm were determined. Then, the transfer functions in the form of partial least square regression (PLSR) and bootstrap aggregation with PLSR (Bagging-PLSR) were derived. These new transfer functions were called point spectrotransfer functions (PSTFs). Results indicated that the derived PSTFs can well estimate soil water retention characteristics. The derived PLSR-based STFs provided more accuracy (RMSE=0.012 to 0.022 cm3 cm-3) than Bagging-PLSR based STFs (RMSE=0.012 to 0.029 cm3 cm-3) for estimating soil water contents at all designated matric potentials. On the other hands, performance of PSTSs for soil water contents at -15000, -10000 and -5000 cm were more reasonable than that of water contents at -3000, -1000 and -330 cm. It may be then concluded that PSTFs can be used as a reasonable indirect method for estimating soil water retention particularly at high soil water pressure heads.
    Keywords: point spectrotransfer functions, soil water retention, spectral reflectance
  • Manizheh Jafari, Soheyla Ebrahimi, Seyed Alireza Movahed Naeini Page 43
    Soil contamination with crude oil and its derivatives is one of the most dangerous type of environmental pollution. The objective of this study was to evaluate and optimize the indigenous soil microorganisms using nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers and municipal compost contaminated with fuel oil (130g/kg), and their reclamation influence as well as optimum mixing ratio with soil. For this purpose, different levels of municipal composts with two ratios of NPK (5, 10. 15 percent) fertilizers (10:2:1 and 10:1:1 ratios) were applied into experimental soil samples. After initial equilibrium period (10 days), the amount of hydrocarbon contaminants in soil under aerobic conditions were determined. The results showed an increased percentage in the compost and declined soil emissions of oil such that treatment of 15% had the highest reduction rate between 59 to 62 percent. The results of two applied fertilizers, confirmed the usefulness of 10:2:1 ratio. The applied amendments to all treatments lead to effective oil degrading bacteria, especially during first week after equilibrium. This can be related to faster breakdown of short-chain compounds such as alkanes. The results further indicated an effective correlation between rate of TPH decomposition and CO2 of microbial activity. There was a direct correlation between crude oil degradation and microorganisms activity. Simultaneous treatment of municipal solid waste compost (15%) and NPK fertilizers (10:2:1 ratio) with six weeks was an effective treatment to clean up oil-contaminated soils by decomposition rate of 62 percent.
    Keywords: biodegradation, compost, soil contamination
  • Seyedeh Mahbube Mousavifard, Hamid Reza Momtaz, Habib Khodaverdiloo Page 57
    For design and implementation of soil conservation programs, accurate and optimized mapping of soil properties is required. The type of interpolation method is one of the most important issue involved in mapping soil properties. Six ordinary methods of spatial interpolation were compared to determine their suitability for estimating some quality properties of topsoil including clay content, electrical conductivity, equivalent calcium carbonate and organic carbon in the Naqade region farmlands located in west Azerbaijan. The area of study region was about 8300 ha. For this purpose, 282 topsoil samples were collected randomly and tested for laboratory analysis. Deterministic methods (radial basis function and global polynomial interpolation) as well as geostatistical estimators (ordinary Kriging) were utilized to map related soil properties. The highest and lowest CV was obtained for EC and clay content variables, respectively. For clay and electrical conductivity, the exponential model, for equivalent calcium carbonate the Gaussian model, and for organic carbon the spherical were the best fitting models to calculate the experimental variogram. According to the results, the ordinary Kriging approach characterized with the minimum error indicator of bias-variance trade-off (BVTO) for evaluating clay, electrical conductivity, equivalent calcium carbonate and organic carbon. The thin plat spline model of radial basis function showed the maximum error in assessment of studied attributes. Eventually, the interpolation maps were generated regard to the most appropriate interpolators.
    Keywords: geostatistics, interpolation techniques, Kriging, soil quality properties
  • Shilan Hasanzadeh Arnaei, Parviz Fathi Page 73
    Tape drip irrigation is one of the relatively new methods which can be considered as an effective tool in improving irrigation efficiency as well as agricultural and horticultural crop production. The so-called physical clogging of emitters is the most important problem in tape drip irrigation system that causes decreasing of emission uniformity and increasing of operating costs. Despite appropriate filtration system, some fine particles with less than 0.1 mm in diameter (minimum diameter of the screen filter mesh) can cross through the filters, causing the emitter clogging. The objective of this study was to investigate the effect of fine particle diameters on emitter clogging in drip irrigation tapes system. The result indicated that the effect of fine particle diameter on emitters clogging is statistically significant (at 1% level of significance). The results also indicated that by reducing the particle diameters, emitter clogging is increased. Such that the maximum clogging can occur by particles that have less than 0.037 mm diameter.
    Keywords: drip irrigation, drip tape, physical clogging, soil particles