آب و خاک

چکیده دستیابی به امنیت غذایی در آینده با استفاده پایدار از منابع آب، چالشی بزرگ برای نسل فعلی و آینده خواهد بود. افزایش جمعیت، رشد اقتصادی و تغییرات آب ‌و هوا، همگی بر افزایش فشار بر منابع موجود می­افزایند. کشاورزی یک مصرف‌کننده کلیدی آب است و نظارت دقیق بر بهره­وری آب در کشاورزی و بررسی فرصت‌ها برای افزایش بهره­وری آن ضروری است. پایش سیستماتیک بهره­وری آب از طریق استفاده از تکنیک­های سنجش‌ازدور می­تواند به شناسایی شکاف­های بهره­وری آب و ارزیابی راه‌حل‌های مناسب برای رفع این شکاف­ها کمک کند. دشت قزوین با تأمین حدود ۵ درصد محصولات کشاورزی مورد نیاز کشور به‌عنوان قطب کشاورزی مدرن شناخته ‌شده است. در این پژوهش با استفاده از پایگاه داده WaPOR به ارزیابی مقادیر تبخیر-تعرق، میزان زیست‌توده و بهره­وری حجم آب ناخالص و خالص زیست­توده بر اساس نقشه کاربری اراضی در بازه زمانی سال­های 2009 تا 2021 پرداخته شد. نتایج نشان داد مقادیر تبخیر- تعرق گیاهان تحت پوشش شبکه آبیاری در بازه زمانی سال­های 2009 تا 2016 با روند نسبتاً پایداری همراه بوده اما این روند پایدار در سال 2017 به بعد با کاهش روبه‌رو شده است که ازجمله دلایل کاهش میزان تبخیر -تعرق در این بازه زمانی می­توان به کمبود آب در دسترس گیاه با توجه به منابع محدود آب در طی سال­های اخیر اشاره کرد. بررسی روند میزان کل زیست‌توده در اراضی مختلف نشان می­دهد در طی سال­های موردمطالعه این شاخص در تمامی کاربری­ها با افزایش تدریجی همراه شده است. به‌طوری‌که میزان شاخص کل تولید بیومس (TBP) در سال 2020 به میزان 17 درصد بیشتر از سال 2009 است. میزان ناخالص حجم آب زیست‌توده از ابتدای سال 2009 تا سال 2016 در اراضی تحت پوشش شبکه آبیاری با میزان افزایشی همراه بوده است اما از سال 2017 روند تغییرات دمایی و افت شدید تراز آب زیرزمینی باعث کاهش سطح اراضی تحت پوشش شبکه شده و بسیاری از این اراضی به اراضی آیش و دیم تبدیل‌شده‌اند. بررسی شاخص بهره­وری خالص آب زیست­توده (NBWP) نیز نشان داد میزان بهره­وری خالص در اراضی دیم به‌شدت به میزان بارش سالانه وابسته است و بخش زیادی از عملکرد محصول در اراضی دیم وابسته به میزان بارش دریافتی است. ازجمله پارامترهای تأثیرگذار در برآورد مقدار کل زیست­توده می­توان به مقدار، تبخیر، تعرق و برگاب اشاره کرد که افزایشی یا کاهشی بودن هر یک از این پارامترها تأثیر به سزایی در مقدار زیست­توده برآورد شده خواهد داشت. به‌طور کلی پایگاه داده WaPOR می­تواند به‌عنوان یک راهنما در تعیین قابل‌اطمینان مقادیر تبخیر-تعرق و برنامه­ریزی مرتبط با منابع آب در بخش کشاورزی، مورد استفاده قرار گیرد.

چکیده در این پژوهش بهره‌وری مصرف آب و کود نیتروژن در کشت ذرت علوفه‌ای با رقم سینگل کراس 704، تحت تنش‌های شوری و کمبود نیتروژن بررسی شد. آزمایش به‌صورت فاکتوریل دو عاملی و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در دو سال 1396 و 1397 انجام شد. تیمارهای آب شور شامل چهار هدایت ‌الکتریکی 5/0، 1/2، 5/3 و 7/5 دسی‌زیمنس بر متر بود. تیمارهای کمبود نیتروژن در چهار سطح 100، 75، 50 و 25 درصد مصرف کود نیتروژن بر اساس نیاز کودی بود. تیمارها در سه تکرار و در کرت‌هایی به ‌مساحت 9 متر مربع به‌اجرا درآمد. در فواصل بین دو آبیاری، مقاومت روزنه‌ای برگ‌های گیاه و رطوبت خاک اندازه‌گیری شد و با اتمام آب سهل‌الوصول، آبیاری انجام شد. تبخیر- تعرق روزانه گیاه از روی مقدار کاهش رطوبت خاک محاسبه شد. نتایج نشان داد اثر تنش‌ها از تیمار  تا  به‌طور متوسط باعث افزایش دو برابری مقاومت روزنه، کاهش 37 درصدی تبخیر- تعرق و کاهش 39 درصدی عملکرد گیاه شد. بدون اعمال مدیریت، بهره‌وری مصرف آب در تیمارهای  تا ، از 4/4 تا 74/2 کیلوگرم بر متر مکعب (در سال 1396) و 35/4 تا 57/2 کیلوگرم بر متر مکعب (در سال 1397) بود. اما با مدیریت مصرف آب و کود نیتروژن، بهره‌وری مصرف آب افزایش یافت و به حد پتانسیل منطقه نزدیک شد. از سوی دیگر از بیشترین تنش وارده  تا تیمار شاهد ، مقدار بهره‌وری مصرف نیتروژن از 34/3 تا 11/5 کیلوگرم بر کیلوگرم (سال 1396) و از 06/3 تا 5 کیلوگرم بر کیلوگرم (سال 1397) بود. نتایج نشان داد در شرایط تنش شوری، می‌توان با محاسبه حجم آب آبیاری بر اساس تبخیر- تعرق گیاه و جبران کمبود نیتروژن خاک (مدیریت زراعی)، بهره‌وری مصرف آب را افزایش داد. در این شرایط با مصرف کامل کود نیتروژن، بهره‌وری زراعی مصرف نیتروژن نیز افزایش یافت. یعنی با افزایش شوری، تغذیه کامل خاک با عنصر نیتروژن، راه‌کار مدیریتی برای افزایش عملکرد محصول، افزایش بهره‌وری مصرف آب و کود بود.  
 

چکیده شناخت و ارزیابی تبخیر و تعرق از سطوح گیاهی یک ابزار اساسی در محاسبه بیلان آب و تخمین نیاز آبی و دسترسی به آن است. در این تحقیق به­منظور بررسی توزیع مکانی تبخیروتعرق و رابطه آن با سنجش از دور در مقابل داده­های لایسیمتری به عنوان شاهد در منطقه برازجان واقع در استان بوشهر، ایران انجام شد. در این پژوهش از 46 تصویر بدون ابر و روزانه از سنجنده MODIS، 7 تصویر از سنجنده ETM+ و 7 تصویر از سنجنده TM در طول فصل رشد از ماه فروردین تا  شهریور در خلال سال‌های 80 تا 82 استفاده شده است. براساس نتایج بدست آمده از اجرای سه مدل SEBAL، SSEB و TSEB در هر سه ماهواره، سنجنده MODIS دارای کمترین میزان خطا بوده (به‌ترتیب برای هر سه الگوریتم RMSE=0.856,1.385,2.7mm/day) و پس از آن ماهواره لندست 7 با قدرت تفکیک مکانی بالاتر در رده دوم قرار می­گیرد (به‌ترتیب برای هر سه الگوریتم RMSE=1.042,1.56,2.76 mm/day) و در نهایت ماهواره لندست 5 بیشترین میزان خطا را به خود اختصاص می­دهد (به­ترتیب برای هر سه الگوریتم RMSE=1.14, 1.97, 3.06 mm/day). در بررسی وضعیت پوشش گیاهی براساس شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی، در ابتدای دوره کشت به دلیل جوانه­زنی و تنک بودن پوشش گیاهی، این شاخص در پایین­ترین حد خود قرار دارد و به­ترتیب با افزایش دمای هوا و میزان پوشش گیاهی، این شاخص رو به افزایش است. فاکتور L اهمیت به­سزایی در برآورد شاخص پوشش گیاهی تعدیل شده برحسب خاک و در نهایت، صحت­سنجی برآوردهای بدست آمده تبخیروتعرق برای منطقه مورد مطالعه دارد که به پوشش منطقه وابسته است. در این تحقیق برای منطقه مورد مطالعه مقدار L=0.6 تخمین زده شد که در مقایسه با دیگر مقادیر مورد بررسی، دارای کمترین مقدار خطا بود ((RMSE=0.6. الگوریتم SEBAL نسبت به سه الگوریتم دیگر به داده­های لایسیمتری نزدیکتر بوده و از دقت بالاتری برخوردار است. عملکرد مناسب الگوریتم SEBAL به دلیل جزئی‌نگری در فرمولاسیون و اجرای این الگوریتم بوده است. الگوریتم SSEB براساس تئوری ساده­تر و برمبنای انرژی حرارتی سطح زمین بوده که نسبت به الگوریتم SEBAL در رده دوم قرار می­گیرد. الگوریتم دومنبعی ضعیف­ترین نتایج را در میان الگوریتم‌ها از خود نشان داد. در مقایسه عملکرد تصاویر ماهواره­ای بطورکلی سنجنده MODIS به دلیل قدرت تفکیک زمانی مناسب و تعدد تصاویر نسبت به دو سنجنده ETM+ و TM و ارائه سری زمانی بیشتر، برای برآورد تبخیروتعرق در مقیاس منطقه­ای مناسب می­باشد.

چکیده برای مطالعه تأثیر شوری آب و کمبود ازت خاک (تنش حاصلخیزی)، بر مقدار ضریب K_s و آب سهل‌الوصول (RAW) ذرت، آزمایشی به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی، در سال 1396 و در قزوین انجام شد. تیمارهای هدایت الکتریکی آب شامل چهار مقدار (S_0 )5/0، (S_1 )1/2، (S_2 )5/3 و (S_3 )7/5 دسی‌زیمنس بر متر و تیمارهای ازت خاک در چهار سطح (N_0 )100، (N_1 )75، (N_2 )50 و (N_3 )25 درصد مصرف کود ازت، در سه تکرار و در کرت‌هایی به مساحت 9 متر مربع به اجرا درآمد. هم‌زمان با افزایش مقاومت روزنه‌ها در اثر تنش‌های محیطی وارده بر گیاه، آبیاری کرت‌ها انجام شد. ضریب RAW با اندازه‌گیری رطوبت خاک قبل از آبیاری و ضریب K_s، از تقسیم مقدار تبخیر و تعرق گیاه تحت تنش بر گیاه شاهد، محاسبه شد. تغییرات ضریب K_s از تیمار S_0 N_0 تا S_3 N_3 ؛ 1 تا 63/0 بود. برای برآورد ضریب K_s از روی مقادیر تنش‌های شوری و ازت، توابع مختلف بین ضریب K_s و نسبت‌هایN_i/N_0 و S_i/S_0 برازش داده شد. در نهایت تابع درجه دوم با ضریب تبیین 984/0 به عنوان تابع بهینه تخمین K_s انتخاب شد. با تغییر حاصلخیزی از N_0 به N_3 در تیمارهای S_0،S_1، S_2 و S_3، مقدار RAW به ترتیب؛ 7/63، 7/58، 4/55 و 42 درصد و با تغییر شوری آب از S_0 به S_3 در تیمارهای N_0، N_1، N_2 و N_3، مقدار RAW به‌ترتیب؛ 7/51، 3/46، 7/42 و 42 درصد برآورد شد. نتایج نشان داد که تنش شوری آب و کمبود ازت خاک، بر افزایش مقاومت روزنه، کاهش تبخیر و تعرق گیاه و حفظ محتوای آب خاک مؤثر بود. پس در شرایط وجود تنش‌های محیطی، می‌توان با کاهش حجم آب آبیاری، علاوه بر تأمین آب مورد نیاز گیاه، از هدررفت آب جلوگیری به‌عمل آورد.

چکیده به‌منظور بررسی تغییرات شوری پروفیل خاک 4 محصول زراعی گندم، ذرت، جو و گوجه‌فرنگی کشت شده در اراضی دشت قزوین با شوری اولیه 5/1 دسی‌زیمنس بر متر و با اقلیم گرم و خشک، تحت آبیاری تیپ (قطره‌ای نواری) و طی 20 سال زراعی، ابتدا توزیع شوری با مدل AquaCrop شبیه-سازی شده، سپس توسط نرم‌افزارهای Minitab 17 و2007 Excel مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان داد، در محصولات ذرت و گوجه‌فرنگی، آبیاری تیپ با شوری آب آبیاری 1 دسی‌زیمنس بر متر، منجر به افزایش قابل توجه شوری متوسط خاک ناحیه توسعه ریشه از 5/1 به‌ترتیب به 4 و 3/4 دسی-زیمنس بر متر می‌گردد (معنی‌داری روند در سطح 5 درصد)، حال آنکه افزایش شوری متوسط ناحیه توسعه ریشه در محصولات گندم و جو در همان حالت، از 5/1 به‌ترتیب به 03/2 و 02/2 دسی‌زیمنس بر متر رسیده که در سطح 5 درصد معنی‌دار نیست. علت را می‌توان به نیاز آبی پایین و فیزیولوژی جو و گندم در جذب نمک، نسبت به ذرت و گوجه‌فرنگی نسبت داد که در نتیجه آن آب کمتری وارد خاک شده و در نتیجه شوری کمتری در نتیجه تبخیر آب در زمین تجمع می‌یابد، همچنین وجود بارش در فصل کشت گندم و جو منجر به شستشوی نمک از ناحیه ریشه می‌شود. درستی این فرض از طریق معنی‌داری همبستگی بین بارش و شوری خاک در سطح 5 درصد آزمون و ثابت گردید. لذا پیشنهاد می‌گردد گندم و جو با مقاومت بالا نسبت به شوری، در اولویت کشت آبیاری موضعی برای نواحی خشک با بارش‌های ناچیز و منابع آبی محدود، قرار گیرند.

چکیده مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی واکنش محصولات زراعی به مقدار آب مصرفی و مدیریت آبیاری توسعه یافت. سادگی، نیاز به حداقل داده ورودی و دقت قابل قبول مدل از مزایای استفاده گسترده از آن می‌باشد. در این تحقیق به منظور واسنجی و اعتبار‌سنجی عملکرد از داده‌های مزرعه‌ای تحت کشت یونجه در اردستان استفاده شد. اطلاعات هواشناسی از ایستگاه سینوپتیک اردستان، کیفیت آب و خاک از نتایج آنالیز آب و خاک مزرعه و تبخیر-تعرق گیاه مرجع به روش فائو-پنمن مانتیث محاسبه شد. پوشش گیاهی اولیه، پوشش گیاهی بیشینه، عمق توسعه ریشه اولیه، عمق توسعه ریشه بیشینه، ضریب گیاهی، تاریخ‌های جوانه‌زنی، گل‌دهی، حداکثر پوشش گیاهی، شروع پیری پوشش گیاهی و رسیدگی فیزیولوژیک پارامترهای واسنجی شده مدل طی شش سال 2010 تا 2015 بودند. از اطلاعات 2 مزرعه برای واسنجی و 2 مزرعه دیگر برای اعتبار‌سنجی استفاده شد. سپس، عملکرد یونجه طی سال‌های مذکور مورد اعتبارسنجی قرار گرفت. شاخص‌های ارزیابی مزرعه‌ای شامل ضریب تبیین (R2)، مجذور میانگین مربعات خطای نرمال شده(NRMSE) ، ضریب باقیمانده (CRM)، و کارایی مدل‌سازی (EF) برای اعتبارسنجی استفاده شدند. CRM مثبت در اغلب نتایج نشان از کم برآورد بودن مدل بود. بیشینهR2 برابر یک و NRMSE، 04/0 نشان از دقت بالای مدل در شبیه‌سازی عملکرد بود. تبخیر از سطح خاک، تعرق گیاه و تبخیر-تعرق واقعی به وسیله مدل برآورد گردید. مقدار تبخیر طی مدت برداشت محصول 27 تا 47 درصد تبخیر-تعرق بود. مقدار بهره‌وری آب مبتنی بر تبخیر-تعرق (Y ET-1) 27 تا 44 کمتر از بهره‌وری مبتنی بر تعرق (Y T-1) شده است. AquaCropمدل گیاهی قدرتمند و با ارزشی برای بهبود مدیریت آب در مزرعه و محاسبه بهره‌وری آب می‌باشد.