آب و خاک

چکیده امروزه یکی از مهم‌ترین مشکلات منابع آبی کشور کاهش کیفی منابع آب است. نیاز روزافزون آب منجر به بهره‌برداری بی‌رویه از آب زیرزمینی و افت مداوم سطح آب در آبخوان‌ها شده است و به تبع آن مشکلات زیست‌محیطی و ازجمله کیفیت آب زیرزمینی نیز در خطر قرار گرفته و روندی رو به نابودی را ایجاد نموده است. ازاین‌رو تحلیل روندهای زمانی و تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی نقش بسزایی در مدیریت پایدار منابع آب ایفا می‌کند. هدف پژوهش حاضر بررسی روند زمانی پارامترهای کیفی آب زیرزمینی با بهره‌گیری از آزمون من‌کندال و برآورد شیب سن و همچنین تحلیل تغییرات مکانی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از شاخص کیفیت منابع آب زیرزمینی (GQI) در آبخوان بهاباد می‌باشد. بدین‌منظور از پارامترهای کل جامدات محلول، کلر، سولفات، سدیم، کلسیم و منیزیم مربوط به 9 چاه در دوره زمانی 1402-1381جهت بررسی روند زمانی و مکانی استفاده شد. نتایج این مطالعه نشان داد که کیفیت آب زیرزمینی در آبخوان بهاباد طی دوره زمانی ۱۳۸۱ تا ۱۴۰۲ در طبقه قابل قبول قرار دارد، اما روند کاهشی اندک اما معناداری در کیفیت مشاهده شد. بررسی توزیع مکانی پارامترهای کیفی حاکی از آن است که الگوی شوری و غلظت یون‌ها بیش از عوامل زمین‌شناختی طبیعی، تحت تأثیر فشارهای انسانی ازجمله برداشت بی‌رویه، افت سطح ایستابی و انتقال بین‌حوضه‌ای آب قرار دارد. تحلیل روند زمانی با استفاده از آزمون‌های آماری، ناهمگنی مکانی قابل ‌ملاحظه‌ای را آشکار ساخت. پارامتر Mg² در تمام ایستگاه‌ها روند افزایشی معنادار داشت به‌طوری‌که مقدار شیب سن بین 05/0 تا 23/0 متغیر است، درحالی‌که Na و SO₄²⁻ در برخی چاه‌ها روند کاهشی یا بدون روند نشان دادند. TDS نیز عمدتاً روندهای متفاوتی (اغلب کاهشی اما در یک ایستگاه افزایشی شدید) از خود بروز داد. همچنین مقایسه روش‌های درون‌یابی نشان داد که در شرایط نمونه‌برداری محدود و همبستگی مکانی ضعیف، روش‌های قطعی اغلب دقت پیش‌بینی بالاتری نسبت به روش‌های زمین‌آماری (کریجینگ و کریجینگ بیزین تجربی) ارائه کردند. در نهایت، با وجود کاهش اندک شاخص GQI (در بازه‌ای بین 5/0- تا 1/0+ درصد)، نقشه تغییرات آن نتوانست شدت محلی کاهش کیفیت به‌ویژه در پارامترهای تعیین‌کننده مانند TDS، Na⁺ و SO₄²⁻ را به‌طور کامل منعکس کند. این یافته بیانگر آن است که شاخص‌های ترکیبی مانند GQI می‌توانند اثرات متضاد روندهای پارامتری را تا حدی خنثی کرده و تصویری متعادل‌تر و واقع‌بینانه‌تر از وضعیت کلی کیفیت ارائه دهند. در انتها مشخص شد، تغییرپذیری مکانی آلاینده‌های مختلف و طیف گسترده پارامترهای اندازه‌گیری شده و همچنین توصیف کیفیت آب، امری دشوار است؛ بنابراین استفاده از شاخص‌ها می‌توانند شرایط کلی کیفیت آب را به ‌طورخلاصه و قابل‌درک ارائه کند.

چکیده حفر تونل‌های انتقال آب، اگرچه نقش مهمی در تأمین منابع آبی ایفا می‌کند، اما می‌تواند موجب اختلالات جدی در رژیم هیدروژئولوژیکی و آبدهی چشمه‌ها شود. در این پژوهش، اثرات احتمالی حفاری تونل انتقال آب هزارمسجد در شمال شرق ایران بر 45 چشمه پیرامونی، با استفاده از دو رویکرد شاخص خطر افت (DHI) و شاخص اثر تونل بر آبدهی چشمه (TIS) مورد ارزیابی و مقایسه قرار گرفت. منطقه مورد مطالعه در زون ساختاری کپه‌داغ واقع شده و با گسترش سازندهای آهکی مزدوران و تیرگان، شکستگی‌های تکتونیکی فعال و تراکم بالای چشمه‌ها شناخته می‌شود. در روش DHI، هفت پارامتر هیدروژئولوژیکی و هندسی شامل نفوذپذیری، فراوانی شکستگی، ضخامت روباره، زون پلاستیک، ارتباط با گسل، نوع چشمه و فاصله از تونل لحاظ شد. در مقابل، روش TIS بر چهار عامل عملکردی شامل شدت آب ورودی به تونل، فاصله چشمه– تونل، ارتباط هیدرولیکی و قابلیت تغذیه مجدد آبخوان متمرکز است. نتایج DHI نشان می‌دهد که حدود 11 درصد از چشمه‌ها در معرض کاهش شدید آبدهی تا خشکیدگی کامل قرار دارند، در حالی‌که اکثریت چشمه‌ها کاهش بخشی یا ناچیز را تجربه خواهند کرد. طبقه‌بندی TIS نیز نشان داد که 5 چشمه در کلاس افت قابل توجه، 20 چشمه در کلاس افت متوسط و 20 چشمه در کلاس بدون تأثیر قرار می‌گیرند. مقایسه نتایج حاکی از آن است که DHI در تبیین مکانیزم‌های ساختاری نشت و TIS در اولویت‌بندی مدیریتی و پیامد‌محور چشمه‌ها کارآمدتر است. استفاده توأمان از این دو روش، چارچوبی قابل اعتماد برای مدیریت مخاطرات هیدروژئولوژیکی پروژه‌های تونل‌سازی فراهم می‌کند.

چکیده سدهای خاکی با هسته رسی از سازه‌های کلیدی هیدرولیکی در تأمین آب شرب، کشاورزی و مدیریت سیلاب هستند، اما بیش از ۳۵ درصد خرابی‌های تاریخی آن‌ها ناشی از تراوش و فرسایش داخلی است. این پژوهش بر سد خاکی نهند (استان آذربایجان شرقی) تمرکز دارد و تأثیر افزایش ۱۰ درصدی ابعاد هندسی زهکش قائم‑افقی دودکشی شامل افزایش طول از ۱۵ به ۵/۱۶ متر و ضخامت از ۵/۱ به ۶۵/۱ متر را به روش عددی اجزای محدود در نرم‌افزار GeoStudio 2024 بررسی می‌کند. انتخاب گام افزایش ۱۰ درصد بر اساس تحلیل حساسیت اولیه و مطالعات مرجع صورت گرفته است. مدل عددی با شبکه‌ای متشکل از ۱۲۸۰۰ المان درجه دوم، شرایط مرزی واقعی شامل بار آبی (هد هیدرولیکی) بالادست معادل ۳۵ متر و پایین‌دست معادل ۵ متر و اعتبارسنجی جامع بر پایه داده‌های ۱۸ ساله ابزار دقیق شامل ۲۲ پیزومتر و ۶ چاه مشاهده‌ای (ضریب تعیین ۹۸۲/۰=²R و ریشه میانگین مربعات خطا ۶۸/۰ متر) توسعه یافت. نتایج نشان داد که این افزایش ابعاد: دبی تراوشی کنترل‌شده را ۳/۲۲ درصد افزایش داد (از ۰۰۸/۰ به ۰۰۹۸/۰ متر مکعب بر ثانیه در واحد عرض)، فشار آب حفره‌ای میانگین در هسته رسی را ۷/۳۱ درصد کاهش داد (از ۱۸۰/۲ به ۱۲۳/۱ کیلوپاسکال)، افت هد هیدرولیکی کل را ۳/۹ درصد کاهش داد، گرادیان خروج را در ۲/۹۴ درصد موارد زیر حد ایمن ۸/۰ نگه داشت، ضریب اطمینان شیب پایین‌دست را ۵/۲۵ درصد بهبود بخشید (از ۴۵/۱ به ۸۲/۱) و اثر قوس‌داری سه‌بعدی باعث کاهش ۴/۱۸ درصدی دبی کل نسبت به تحلیل دوبعدی گردید. تحلیل مونت‌کارلو با ۱۰۰۰۰ اجرا، احتمال وقوع خرابی را به کمتر از ۳/۰ درصد کاهش داد. واسنجی (کالیبراسیون) مدل با استفاده از الگوریتم Levenberg‑Marquardt و داده‌های پیزومتری بلندمدت انجام شد که دقت بالای مدل را در بازسازی رفتار هیدرولیکی سد تأیید نمود. این بهینه‌سازی ساده و کم‌هزینه، کارایی زهکشی و ایمنی کلی سد را به‌طور چشمگیری ارتقا داده و چارچوبی عملی با قابلیت تعمیم ۵/۹۴ درصدی برای طراحی سدهای مشابه ارائه می‌دهد.

چکیده این پژوهش با هدف بررسی اثر سامانه‌های مختلف خاک‌ورزی، کاربرد زیرشکن و نوع محصول بر برخی ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک در سال زراعی 1403-1402 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه رازی کرمانشاه، واقع در اقلیم نیمه‌خشک سرد، انجام شد. خاک مزرعه دارای بافت لومی رسی و ماهیت آهکی بود. آزمایش به‌صورت کرت‌های دوبار خردشده در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار اجرا شد. عامل اصلی شامل سامانه‌های خاک‌ورزی در سه سطح بی‌خاک‌ورزی، کم‌خاک‌ورزی و خاک‌ورزی مرسوم، عامل فرعی شامل کاربرد و عدم کاربرد زیرشکن و عامل فرعی‌فرعی شامل دو سطح گندم دوروم و بدون کشت بود. نتایج نشان داد pH خاک تحت تأثیر تیمارها معنی‌دار نشد، اما هدایت الکتریکی خاک تحت تأثیر سامانه خاک‌ورزی، زیرشکن و نوع محصول معنی‌دار بود؛ به‌طوری‌که هدایت الکتریکی در خاک‌ورزی مرسوم 39/0 و در بی‌خاک‌ورزی 30/0 دسی‌زیمنس بر متر بود و در تیمار دارای زیرشکن نسبت به بدون زیرشکن از 34/0 به 36/0 دسی‌زیمنس بر متر افزایش یافت. بیشترین رس قابل انتشار در آب در خاک‌ورزی مرسوم (60/0 درصد) و کمترین آن در بی‌خاک‌ورزی (48/0 درصد) مشاهده شد. پایداری خاکدانه‌ها با شاخص میانگین قطر وزنی خاکدانه‌ها (MWD) ارزیابی شد و این شاخص در بی‌خاک‌ورزی (46/0 میلی‌متر) نسبت به خاک‌ورزی مرسوم (31/0 میلی‌متر) افزایش نشان داد. همچنین، بی‌خاک‌ورزی در مقایسه با خاک‌ورزی مرسوم موجب افزایش کربن آلی خاک از 61/0 به 23/1 درصد، ماده آلی از 05/1 به 10/2 درصد، نیتروژن کل از 10/0 به 21/0 درصد، فسفر قابل جذب از 56/10 به 36/18 میلی‌گرم بر کیلوگرم، پتاسیم قابل جذب از 58/483 به 757 میلی‌گرم بر کیلوگرم و کربن زیست‌توده میکروبی از 36/117 به 30/290 میلی‌گرم کربن بر کیلوگرم خاک شد. در مقابل، تنفس پایه و تنفس ناشی از سوبسترا در خاک‌ورزی مرسوم به‌ترتیب با 11/204 و 08/543 میلی‌گرم دی‌اکسیدکربن بر کیلوگرم خاک در روز بیشترین مقدار را داشتند. در مجموع، نتایج این پژوهش نشان داد که کاهش شدت خاک‌ورزی، به‌ویژه در قالب بی‌خاک‌ورزی همراه با کشت گندم دوروم، می‌تواند با بهبود پایداری خاکدانه‌ها، افزایش ماده آلی و عناصر غذایی و ارتقای شاخص‌های زیستی خاک، نقش مؤثری در بهبود کیفیت و پایداری خاک در شرایط خاک‌های آهکی نیمه‌خشک داشته باشد.

چکیده این پژوهش با هدف بررسی کارایی باکتری‌های محرک رشد گیاه در بهبود ویژگی‌های اسفناج، به‌صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در گلخانه انجام شد. تیمارها شامل دو سطح کود NPK (100 درصد مقدار توصیه‌شده و 7۰ درصد آن) و چهار سطح مایه‌زنی میکروبی (بدون باکتری، Pseudomonas putida، Phytobacter diazotrophicus و مخلوط دو باکتری) بودند. شاخص‌هایی مانند مقدار نیتروژن، فسفر، پتاسیم، آهن، کلروفیل کل، نیترات و فعالیت آنزیم نیترات رداکتاز اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که اثر متقابل کود و مایه‌زنی بر تمامی صفات اندازه­گیری شده معنی‌دار بود. بیشترین وزن تر برگ در هر دو سطح 100 و 70 درصد مقدار توصیه شده کود، همراه با مایه­زنی مخلوط دو باکتری به‌دست آمد که به‌ترتیب 7/1 و 2/2 برابر بیشتر از تیمارهای متناظر بدون مایه­زنی باکتری بود. مصرف 100 درصد مقدار توصیه شده کود همراه با مایه­زنی مخلوط دو باکتری، در مقایسه با تیمار متناظر بدون مایه­زنی، موجب افزایش محتوای نیتروژن (۶2 درصد)، فسفر (۲۳ درصد)، پتاسیم (51 درصد) و آهن (32 درصد) برگ شد. پس از این تیمار، بیشترین مقادیر این عناصر در تیمار 70 درصد مقدار توصیه شده کود همراه با مخلوط دو باکتری مشاهده شد. مقدار کلروفیل کل با کاهش مصرف کود کاهش یافت، اما مایه‌زنی باکتری این کاهش را جبران کرد، به‌طوری­که در تیمارهای تلقیح شده با باکتری، تفاوت معنی‌داری با تیمار مصرف 100 درصد مقدار توصیه شده کود مشاهده نشد. بیشترین مقدار کلروفیل در تیمار 100 درصد مقدار توصیه‌شده کود همراه با مایه­زنی مخلوط دو باکتری بدست آمد که 34 درصد بیشتر از تیمار متناظر بدون مایه­زنی بود. بیشترین مقدار نیترات برگ (mg kg^-1 6123) در تیمار مصرف 100 درصد مقدار توصیه شده کود و بدون مایه‌زنی باکتری ثبت شد. کمترین مقدار نیترات برگ در تیمار 70 درصد مقدار توصیه شده کود همراه با مخلوط دو باکتری اندازه­گیری شد که نسبت به تیمار متناظر بدون مایه­زنی باکتری، کاهش ۲۵ درصدی داشت. بیشترین فعالیت آنزیم نیترات رداکتاز در تیمار 70 درصد مقدار توصیه شده کود همراه با مایه­زنی مخلوط دو باکتری اندازه­گیری شد که در مقایسه با تیمار متناظر بدون مایه­زنی باکتری، 47 درصد افزایش نشان داد. به‌طور کلی، کاربرد مخلوطPseudomonas putida وPhytobacter diazotrophicus همراه با 70 درصد مقدار توصیه‌شده کود NPK، پس از انجام بررسی­های بیشتر، می­تواند به‌عنوان راهکاری مناسب برای کاهش 30 درصدی مصرف کود شیمیایی، بدون افت چشمگیر عملکرد و با بهبود کیفیت تغذیه‌ای اسفناج، پیشنهاد شود.

چکیده مقاومت فروروی (PR) خاک یکی از ویژگی­های کلیدی و مهم در ارزیابی میزان فشردگی خاک در برابر تردد ادوات کشاورزی در اراضی زراعی به شمار می­رود. اندازه­گیری مستقیم PR در خاک وقت­گیر و پرهزینه بوده و به­دلیل خطای ابزاری ممکن است چندان قابل اعتماد نباشد. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی و مقایسه عملکرد سه مدل هوشمند نروفازی (NF)، برنامه­ریزی بیان ژن (GEP) و جنگل تصادفی (RF) در برآورد PR از روی ویژگی­های زودیافت خاک می­باشد. برای این منظور، داده­های مربوط به 105 نمونه خاک زراعی دشت اردبیل شامل رطوبت خاک مزرعه، رطوبت اشباع، شن، سیلت، رس، میانگین و انحراف معیار هندسی قطر ذرات، جرم مخصوص ظاهری و حقیقی، تخلخل کل، کربن آلی، آهک و PR به­کار گرفته شد. برای آموزش مدل­ها از 78 داده و برای آزمون مدل­ها از 27 داده استفاده گردید. پانزده ترکیب متفاوت از متغیرهای زودیافت خاک به­عنوان ورودی مدل­های NF، GEP و RF برای برآورد PR انتخاب شد. رطوبت خاک مزرعه به­عنوان یک متغیر سهل الوصول و زودیافت در بهترین مدل NF، GEP و RF برای برآورد PR خاک مورد استفاده قرار گرفت. مقادیر آماره­های ضریب تبیین (R²)، ریشه میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین خطا (ME) و ضریب نش-ساتکلیف (NS) براساس داده­های آزمونی برابر 50/0، 19/0، MPa 03/0 و 51/0 و 51/0، 20/0، MPa 13/0 و 48/0 و 58/0، 20/0، MPa 31/0 و 50/0 به­ترتیب برای بهترین مدل NF، GEP و RF در برآورد PR تعیین گردید. نتایج نشان داد که مدل NF با سه متغیر ورودی شامل جرم مخصوص ظاهری، شن و رطوبت خاک مزرعه در مقایسه با دو مدل هوشمند دیگر (GEP و RF) به‌دلیل داشتن NRMSE پایین و NS بالا توانست مقاومت فروروی خاک را با دقت نسبتاً بالایی در اراضی زراعی دشت اردبیل برآورد نماید.