به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

فهرست مطالب وحیدرضا جلالی

  • عباس خاشعی سیوکی*، سمانه اطمینان، علی شهیدی، محسن پوررضا بیلندی، وحیدرضا جلالی

    منحنی رطوبتی خاک یکی از مهم ترین شاخص های هیدرولیکی خاک است که علاوه بر تعیین مقدار رطوبت خاک در نقاط ظرفیت زراعی وپژمردگی خاک، نقش موثری در کاربرد مدل های آب خاک در مطالعه روابط خاک-گیاه- آب دارد. از سوی دیگر برای شناخت بهترو درک نقش آن، مدل های مختلف برای بیان این منحنی به صورت ریاضی ارائه شده است که میزان کارائی بودن این مدل ها به دقت برآورد پارامترهای تعریف شده در ساختار مدل ها بستگی دارد. در این تحقیق روند عملکرد دو الگوریتم فرابتکاری، الگوریتم تکامل تفاضلی و بهینه ساز ازدحام ذرات، دربرآرود پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک برپایه مدل ون گنوختن و مدل بروکز- کوری در چهار کلاس بافتی؛ لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم مطالعه شد. همچنین عملکرد الگوریتم های فرابتکاری نسبت به نرم افزار RETC که دارای الگوریتم محلی غیر خطی حداقل مربعات است، مورد ارزیابی قرار گرفت. از این رو، در سطح مزرعه کشاورزی دانشگاه بیرجند از چهار کلاس بافتی غالب، 20 نقطه به طور تصادفی انتخاب و نمونه برداری صورت گرفت. با استفاده از جعبه شن و صفحات فشاری در دامنه مکش صفر تا 15000 سانتی متر آب، مقدار رطوبت خاک اندازه گیری شد. نتایج حاصل در جهت برآرود پارامترهای هیدرولیکی برپایه دو مدل ون گنوختن (vG) و بروکز-کوری (BC) با استفاده از الگوریتم های فرابتکاری و RETC پرداخته شد. از دو شاخص آماری RMSE و R2 برای مقایسه نتایج حاصل بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که کمترین مقدار شاخص RMSE حاصل عملکرد الگوریتم تکامل تفاضلی در مدل vG؛ 0008/0، 0005/0، 0004/0 و 0006/0 و در مدل BC؛006/0، 006/0، 005/0 و 0005/0 به ترتیب درکلاس بافتی لوم رس شنی، لوم شنی، لوم و سیلت لوم حاصل شد. همچنین بیشترین و کمترین مقدار دو شاخص آماری RMSE و R2 در همه کلاس های بافتی خاک در عملکرد RETC مشاهده گردید. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر عملکرد ضعیف الگوریتم های محلی در حل مسائل چند متغیره ای است. از سوی دیگر بیانگر قابلیت الگوریتم های فرابتکاری در حل مسائل چند متغیره که دارای روابط نمایی هستند. از این رو، الگوریتم های فرابتکاری می تواند یک گزینه مناسب در حل مدل های هیدرولیکی خاک در جهت برآورد پارامترهای منحنی رطوبتی خاک باشد.

    کلید واژگان: الگوریتم فرابتکاری, کلاس بافتی خاک, مدل ون گنوختن, مدل بروکز-کوری}
    Abbas Khashei Siuki *, Samaneh Etminan, Ali Shahidi, Mohsen Pourreza Bilondi, Vahidreza Jalali
    Introduction

    The soil water curve is one of the most critical soil hydraulic characteristics. This characteristic is used to determine soil water in the field capacity point and the permanent wilting point (PWP) beside it has a vital role in the application of soil water models in the study of soil-plant-water relationships. This curve is known as the quality soil index which has an effective role in the explanation of agricultural, ecological, and environmental problems. Impressive and efficient management of soil and water resources, water flow and solute transport survey, soil pollution, and contaminant leakage into water sources are dependent upon the accurate estimation of soil water curve parameters. Moreover, this index has a functional role in applying numerical and hydrological models. On the other hand, to better identify and understand its role, different models were provided to describe this curve mathematically. The efficiency of these models depended on the accuracy of estimated parameters in the model structure that was defined. Soil water curve is known as a non-linear relationship that is used to describe the relation between soil and water content or degree of soil saturation. The soil water curve provides essential information for using irrigation methods and about soil resistance and soil mechanical properties. In this research, the performance trend of two meta-heuristic algorithms, including the differential evolution (DE) and particle swarm optimization (PSO), was studied to estimate hydraulic parameters of soil water curves based on the van Genuchten and the Brooks and Cory models in four soil texture classes; loam, silt loam, sandy loam, and sandy clay loam. Besides, this study evaluated the performance of the meta-heuristic algorithm to RETC software. This software has a non-linear square local algorithm. This study can evaluate the ability of the meta-heuristic algorithms to estimate parameters for exponential relationships and nonlinear models.

    Materials and Methods

    At the agricultural farm of the University of Birjand, a study was conducted to analyze soil water content in different texture classes. The research involved the random selection of four soil texture classes and the random sampling of 20 points from each class. The soil water content was measured using a sandbox and pressure plate device, covering a broad suction range of 0-15000 cm. In the first phase, soil water curve parameters were estimated for each soil texture using the van Genuchten model and the Brooks and Cory model in the RETC software. Subsequently, the Matlab desktop environment was utilized to apply meta-heuristic algorithms (DE and PSO) to estimate the soil water curve parameters based on the two models. An objective function was defined to minimize the Root Mean Square Error (RMSE) of the meta-heuristic algorithms' performance. Finally, the study compared the performance of the meta-heuristic algorithms (DE and PSO) with the RETC software in estimating soil water curve parameters based on the van Genuchten and Brooks and Cory models, using statistical indices such as RMSE and R2. The soil texture classes play a crucial role in influencing soil water content and nutrient retention, making them an essential factor in agricultural management and crop suitability. The study's findings can contribute to a better understanding of soil water dynamics and the development of improved agricultural practices.

    Results and Discussion

    The obtained results of the statistical indices (RMSE and R2) showed that the least value of RMSE was acquired by the differential evolution algorithm (DE) performance. The values of RMSE during the application of the DE algorithm as an estimated method based on the van Genuchten model were 0.0008, 0.0005,0.0004, and 0.0006 also based on the Brooks and Cory were 0.006, 0.006, 0.005, and 0.0005 in sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam respectively. Also, the highest value of the R2 index was obtained equal to 0.995, 0.996, 0.994, and 0.994 by the utilization of the DE algorithm based on the van Genuchten model in the sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam respectively. The values of RMSE by the utilization of the PSO algorithm based on the van Genuchten model were 0.0021, 0.006, 0.0057, and 0.006 in the sandy clay loam, sandy loam, loam, and silt loam classes respectively. The highest and lowest values of the RMSE and R2 indices by the application of RETC software were obtained equal to 0.017 and 0.912 (sandy clay loam), 0.01and 0.963 (sandy loam), 0.085 and 0.972 (loam), and 0.01 and 0.924 (silt loam) based on the van Genuchten model.

    Conclusion

    It could be concluded that RETC software has poor performance in the estimation of soil water curve parameters in all soil texture classes studied based on the van Genuchten and Brooks and Cory models. This trend represents the weakness of the local algorithms to solve multivariable problems where an exponential relationship exists between the variables and they are influenced by each other. On the other hand, the results show the meta-heuristic algorithms have sufficient ability to estimate parameters in multivariable problems. It could be concluded that the meta-heuristic algorithms have better performance in estimating the parameters of soil hydraulic models. The DE algorithm is the best method to estimate soil hydraulic parameters. The PSO algorithm has the nearest performance to the DE algorithm but the best performance to RETC. Finally, meta-heuristic algorithms are suitable options for estimating soil water curve parameters based on various hydraulic models.

    Keywords: Brooks, Cory model, Meta-heuristic algorithm, soil texture class, van Genuchten model}
  • سمانه اطمینان*، وحیدرضا جلالی، مجید محمودآبادی، عباس خاشعی سیوکی، محسن پوررضا بیلندی

    دقت و کارایی مدل های تحلیلی و عددی در توصیف جریان آب در خاک، در محیط های غیراشباع متاثر از عدم قطعیت داده های ورودی، ساختار مدل و پارامترهای هیدرولیکی مورد نیاز مدل است. الگوریتم DREAM یکی از روش های تطبیقی نمونه برداری زنجیره مارکف است که به دلیل جستجو در فضای وسیع و حل مدل های پیچیده با تعداد زیاد متغیر، به عنوان یک روش موثر در کاربرد مدل های آب-خاک شناخته شده است. هدف اصلی این پژوهش، مطالعه نقش روش مدیریتی و شرایط محیطی حاکم در میزان عدم قطعیت پارامترهای هیدرولیکی و ساختار مدل در برآورد جریان آب در خاک تحت روش آبیاری سنترپیوت در یک مزرعه چهارساله یونجه است. از این رو، مدل HYDRUS به الگوریتم DREAM ارتباط داده شد تا میزان عدم قطعیت ساختار مدل و پارامترهای هیدرولیکی بر پایه داده های رطوبتی اندازه گیری شده با TDR بررسی شود. ارزیابی توزیع پسین پارامترها در امتداد یک پروفیل غیرهمگن خاک، نشان دهنده عدم قطعیت بالای پارامتر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک نسبت به پارامترهای α،  و n بود. روند تغییرات مقدار شاخص هایp-factor  و d-factor برای لایه سطحی 6/83 و 13/0 و برای لایه زیرین 10 و 0.14 به ترتیب بیان گر افزایش عدم قطعیت پارامترها و ساختار مدل HYDRUS در برآورد جریان آب در خاک تحت روش آبیاری سنترپیوت در امتداد پروفیل خاک است. هم چنین مقدار دو شاخص S و T برای لایه سطحی برابر با 0.3 و 0.76 و در لایه زیرین به ترتیب برابر با 0.88 و 1.4 حاصل شد که نشان دهنده کاهش عملکرد مدل که متاثر از عدم قطعیت ساختار مدل در برآورد رطوبت خاک تحت شرایط حاکم است. بنابراین، می توان بیان نمود که نتایج حاصل از چهار شاخص ارزیابی نشان دهنده اثر عدم قطعیت پارامترهای هیدرولیکی خاک و ساختار مدل در برآورد رطوبت خاک که متاثر از روش آبیاری، شرایط محیطی و مفاهیم ریاضی فیزیکی به کار رفته در مدل HYDRUS است. هم چنین بیان گر اثر عدم قطعیت در کاهش کارایی مدل HYDRUS در امتداد پروفیل خاک است. بنابراین، می توان ذکر نمود که الگوریتم DREAM بر پایه زنجیره مارکف، یک روش کارآمد در مطالعه میزان تاثیرگذاری روش های مدیریتی و شرایط مختلف آزمایشگاهی در ارزیابی عدم قطعیت داده های ورودی مدل، پارامترهای هیدرولیکی خاک، ساختار مدل و میزان تاثیرگذاری آن ها در عملکرد مدل های هیدرولیکی است.

    کلید واژگان: آبیاری سنترپیوت, الگوریتم بهینه ساز, الگوریتم DREAM, مدل هیدرولیکی}
    Samaneh Etminan *, Vahidreza Jalali, Majid Mahmodabadi, Abbas Khashei-Siuki, Mohsen Pourreza Bilondi
    Introduction

    The accuracy and efficiency of the analytical and numerical models to describe water flow in soil, in unsaturated environments are affected by input data uncertainty, model structure uncertainty, and hydraulic required parameters by the model. Parameter uncertainty has an impact on the model simulation by displaying uncertainty in the simulation results. Hence, the quantitative assessment of the parameter uncertainty and its influence on the model simulation is important in reducing simulation uncertainty. The Bayesian method is a common method for uncertainty analysis that has widespread application in science and engineering to reconcile the concepts of model structure with data (assimilation of input and model outputs, and inference of the parameters). Therefore, a Markov chain Monte Carlo (MCMC) algorithm based on the Bayesian inference to improve the computational efficiency of the analysis was used. The DREAM algorithm is one of the adaptive methods, the Markov chain sampling method which is known as an effective method in used soil-water models due to searching in vast space and solving complex models with a large number of variables. In addition, one of the main problems in using Bayesian inference for hydrological models is their nonlinear relations and using them in heterogenic conditions, DREAM algorithm has been developed to use Bayesian analysis in soil-water problems. Hence, this study has taken the efficiency of the DREAM algorithm as a global optimization method and convergence parser in sampling chain paths and posterior distribution of parameters. The HYDRUS model is a hydraulic model to study the soil-water processes that include nonlinear equations. In addition, center pivot irrigation is a modern method of water management that need to study using hydraulic models under various conditions. Hence, the main purpose of this article is assessment the role of the management method and environmental prevailing conditions in the uncertainty of hydraulic parameters and model structure in estimating water flow under a center pivot irrigation system in four-year alfalfa cultivation.

    Materials and Methods

    The profile was dug at 120 cm depth. The soil profile was divided into three layers and two soil texture classes. The physical-chemical soil properties were studied in each layer. Assessment of soil properties stated that exists a heterogeneous layer in this soil profile. TDR was used to measure soil water content before, after, and during every irrigation period. Soil water content was measured from 10 June to 11 September 2018 consecutively. The van Genuchten-Mualem equation was used to estimate soil hydraulic parameters and describe water flow in the HYDRUS model. The HYDRUS model is coupled with the DREAM algorithm to evaluate parameter uncertainty and the model structure uncertainty based on measured soil water content data using TDR in every three categorized layers. In this article the p-factor, d-factor, and S and T indices were used to evaluate parameter uncertainty, the model structure uncertainty, and model performance.

    Results and Discussion

    The qualitative evaluation of soil hydraulic parameters was compiled by the posterior distributions of parameters in every three depths. The parameters had a normal distribution, the model could be recognized the value of parameters, whereas the parameters didn't have a normal distribution and had high uncertainty. The “α” parameter had high uncertainty in every three depths, in other words, in two soil texture classes, this parameter compared to other parameters had high uncertainty. Along heterogeneous soil profiles, the "α", "θs", and "n" parameters were shown high uncertainty to the Hydraulic conductivity parameter of soil saturation. The value of p-factor and d-factor were obtained equal to 83.6 and 0.13 on the soil surface and 10 and 0.14 on the subsurface soil. Reducing the p-factor index in the lower soil layers explained the overlap between measured soil water content points with estimated soil water content. So, along the soil profile could be observed high uncertainty of soil hydraulic parameters under center pivot irrigation. On the other hand, increasing the d-factor index in the sub-surface soil stated increased confidence intervals which indicate the model structure uncertainty and the poor performance of the HYDRUS model in heterogenic conditions. Also, the value of two indices of S and T were obtained 0.3 and 0.76 for the surface layer and 0.88 and 1.4 in the lower soil layers respectively. The values of S and T indices stated the ability of the DREAM algorithm to reduce parameter uncertainty and the model structure uncertainty in soil surface whereas the trend of changes in the two indices explained Asymmetry of the confidence interval with respect to the measured points and the pre-estimation of the model in the lower soil layers. Therefore, the trend of the d-factor, S and T indices showed the influence of the mathematical-physics concepts in the HYDRUS model structure in the heterogenic layer and unsaturated conditions. The research results stated the ability of the HYDRUS model in describing water flow under center pivot irrigation as a novel method of managing water sources, especially in arid and semi-arid areas. Even though, the results of the assessment indices showed decreasing model performance in the lower soil layers.

    Conclusion

    The results of soil profile indicated the effect of parameter uncertainty and the model structure uncertainty in soil moisture estimation affected by management and environmental conditions. In addition, the results showed the ability of the DREAM algorithm to simultaneously evaluate the uncertainty of the parameters and the model structure in order to increase the accuracy of the HYDRUS model under the applied conditions. Also, in this study, the DREAM algorithm indicated the role of the heterogeneous layer in parameter uncertainty and its effect on the accuracy of the model performance. The DREAM algorithm is a practical and management option to evaluate the HYDRUS model during the application of the center pivot irrigation method at the farm level. So, this is an appropriate option to study the efficiency of the HYDRUS model using modern methods in agricultural practices. Moreover, to survey the efficiency of hydraulic models under the prevailing conditions could be used the ability of the DREAM algorithm based on the Markov chain.

    Keywords: Center pivot irrigation, DREAM algorithm, Hydrulic model, Optimizer algorithm}
  • سمانه اطمینان، وحیدرضا جلالی*، مجید محمودآبادی، عباس خاشعی سیوکی، محسن پوررضا بیلندی

    یکی از مسایل مهم و چالش برانگیز در کشاورزی و محیط زیست در طی چند دهه گذشته، آلودگی منابع آب و خاک است. از این رو، در این تحقیق با استفاده از الگوریتم بهینه ساز ازدحام ذرات برآرود پارامترهای هیدرولیکی و انتقال املاح در خاک تحت روش آبیاری سنترپیوت انجام شد و نتایج حاصل از بهینه سازی در شبیه سازی انتقال رطوبت و نیترات خاک در امتداد پروفیل خاک به منظور بررسی میزان آلودگی خاک در یک مزرعه تحت کشت یونجه چهارساله بکار گرفته شد. بدین منظور پروفیلی در مزرعه مورد نظر حفاری و روند تغییرات غلظت نیترات و آمونیوم خاک در امتداد پروفیل خاک در بازه های زمانی مختلف اندازه گیری شد. همچنین الگوریتم بهینه ساز ازدحام ذرات به مدل HYDRUS، لینک و پارامترهای حاکم در فرآیند انتقال نیترات و رطوبت خاک تحت شرایط مدیریتی برآوردگردید. نتایج حاصل نشان داد که مدل HYDRUS-PSO جریان آب در خاک با NSE برابر با 0.89 و RMSE 0.001، انتقال آمونیوم را با NSE 0.98 و RMSE 0.001 و انتقال نیترات را با NSE 0.94 و RMSE 0.035 در لایه سطحی خاک به خوبی شبیه سازی کرد. همچنین ارزیابی مدل در لایه زیرین نشان داد که مدل HYDRUS-PSO با NSE برابر 0.94، 0.96و 0.97به ترتیب روند تغییرات رطوبت، آمونیوم و نیترات خاک را به خوبی برآورد نمود. با توجه به نتایج حاصل می توان ذکر نمود که مدل HYDRUS-PSO در روش آبیاری سنترپیوت توانسته به خوبی روند تغییرات رطوبت و املاح خاک در امتداد پروفیل را شبیه سازی کند. بنابراین می توان از الگوریتم های فراابتکاری در برآورد پارامترها به عنوان یک ابزار توانمند و کاربردی در جهت افزایش کارایی مدل های عددی در مطالعات آب و خاک بهره گرفت.

    کلید واژگان: آلودگی خاک, الگوریتم فراابتکاری, املاح خاک و مدل عددی}
    Samaneh Etminan, Vahidreza Jalali *, Majid Mamodabadi, Abbas Khashie Siuki

    Climate change phenomenon and warming earth as well as drought, have been reducing water sources in the world wide at the last decades, especially in arid, semi-arid regions. On the other hand, soil qualities factors including organic matter and fertility, in addition to soil salinity are the most critical issues in agricultural management and environmental conservation. Applying chemical fertilizers is one of the management methods in arid and semi-arid regions to amends decreasing water resources and supply required plant nutrients in recent decades. Although using fertilizers cause to increase production and crop yields, but meantime this management way leads to destroying the soil structures. Soil nitrate pollution is the most important challenge in agriculture and environment. The numerical models were used in predicting element concentrations under various climates, management methods, and study conditions (laboratory or field,). Estimated soil hydraulic and solute transport parameters are the most important part of applying numerical models to evaluate trends in soil element concentration changes under management methods. Hence, in this research soil hydraulic and solute transport parameters was predicated under center pivot irrigation using particle swarm optimization algorithm and the obtained results of optimization in soil water and nitrate transport along soil profile was used to survey soil pollution on the farm under four-year- alfalfa cultivation. In this study a farm with 3 hectares under center-pivot irrigation and four- year- alfalfa cultivation was chosen in an arid and semi-arid region. In the first step, a profile on the farm was drilled and sampling were done at the two depths (0-40 cm and 40-100 cm), finally soil physical-chemical properties were measured. In the second step, the particle swarm optimization algorithm linked to the HYDRUS model and parameters of soil water and nitrate transport process was predicated under management conditions. In the final step, the trend of soil water content, ammonium, and nitrate concentration changes were evaluated using the HYDRUS-PSO with the statistical indices (NSE and RMSE). The obtained results of the study soil profile showed that heterogeneous condition dominates the soil profile. Along the soil profile gravity of soil and sand content was changed in the specific. The results of the HYDRUS-PSO model were indicated different values of soil hydraulic and solute transport parameters in both studied two depths. The two indices of NSE and RMSE, were used to evaluate the calibration and validation of the HYDRUS-PSO model. The obtained results show that the HYDEUS-PSO model simulated soil water flow with NSE equal to 0.89 and RMSE equal to 0.001, ammonium transport with NSE equal to 0.98 and RMSE equal to 0.001 and nitrate transport with NSE equal to 0.94 and RMSE equal to 0.035 in the surface soil. Also, the evaluated model in the subsurface soil indicated that the HYDRUS-PSO model reasonably predicated soil water, ammonium and nitrate variation with NSE equal to 0.94, 0.96 and 0.97 respectively. Decreasing accuracy and the effectiveness of the HYDRUS-PSO model along the profile in predicting soil water content, soil ammonium, and nitrate concentrations were indicating the effects of heterogeneous condition on soil water in solute transport processes. Of course, irrigation and fertilizer methods are the other factors that influence the HYDRUS-PSO model performance. In addition, the field studies and uncontrolled conditions on the farm level are other factors to make a heterogeneous environment that causes non-uniform behavior of the model. Decreasing model performance in predicting soil water content could be related to sand content variation and the difference between the saturated hydraulic conductivity of the surface and subsurface soil. The trend changes in soil nitrate concentration in both two studied depths were indicating the amount of soil nitrate did not reach the level of toxicity and did not accumulate nitrates in the soil. Precipitation intensity, irrigation volume, and soil porosity are the most effective factors in the leaching soil nitrate issue. Based on the obtained results it could be mentioned that applied irrigating and fertilizer methods do not lead to accumulating soil nitrate. In addition, the accumulation of root systems and their extension are the other factors in the no accumulation of soil nitrate. Although, these factors had an effective role in the model performance and intensified the soil heterogenic. According to the obtained results it could be mentioned that the HYDRUS-PSO could simulate soil water and solute variations along soil profile under center pivot irrigation. Therefore, the metheuristic algorithms could use in predicting parameters as a powerful and practical tool to increase the efficiency of the numerical models in water and soil studies.

    Keywords: Soil pollution, metheuristic algorithm, soil solute, numerical model}
  • احسان غجه پور، وحیدرضا جلالی *، اعظم جعفری، مجید محمودآبادی

    آگاهی داشتن از نحوه تغییرپذیری متغیرهای خاکی یکی از پیش شرط های مدیریت صحیح منابع کودی در یک کشاورزی پایدار قلمداد می گردد. لذا هدف از این پژوهش ارایه روشی نوین برای ارزیابی تغییرات مکانی برخی از ویژگیهای شیمیایی خاک با استفاده از تابع مفصل میباشد. بدین منظور با استفاده از روش شبکهبندی، نمونهبرداری از منطقهای به وسعت 484 هکتار در 10 کیلومتری غرب شهرستان بافت صورت گرفت، بدین صورت که منطقه به طور کاملا منظم تقسیمبندی شد که مساحت هر شبکه 4 هکتار بود. سپس از هر شبکه به طور تصادفی یک نمونه خاک و در مجموع 121 نمونه از لایه سطحی خاک تهیه شد. پس از هوا خشک نمودن نمونه ها و عبور از الک 2 میلیمتری، فسفر قابل جذب و پتاسیم قابل جذب اندازهگیری شد. برای درونیابی به روش تابع مفصل از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از معیارهای میانگین ریشه دوم مربعات استاندارد (RMSE)، ضریب تبیین (R2)، میانگین خطای مطلق(MAE) و میانگین خطای انحراف (MBE) با درونیابهای انواع کریجینگ و روش IDW مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) با دارا بودن مقدار ضریب همبستگی (76/0=R2) و ریشه مجموع مربعات خطا (93/2=RMSE) ضعیفترین تخمینها را ارایه داده است در حالی که روش تابع مفصل میانه با دارا بودن 84/0=R2 و 59/2=RMSE بهترین دقت در انجام تخمین ها را ارایه نمود و بنابراین می تواند جایگزین خوبی برای روش های کلاسیک میانیابی قلمداد گردد.

    کلید واژگان: توابع مفصل ارشمیدسی (کلایتون, فرانک, گامبل و جو), کریجینگ, میان یابی}
    Ehsan Ghojehpour, Vahidreza Jalali *, Azam Jafari, Majid Mahmoodabadi
    Introduction

    Spatial and temporal variations of soil characteristics occur in large and small scales. Investigating the variability of soil parameters is considered as one of the requirements for proper management of fertilizer resources in a sustainable agricultural system. Studying of these variation is very time-consuming and costly especially in large scales. In order to the fast and reliable determination of the soil properties, various interpolation techniques have been developed and applied. The most widely used interpolation technique is the different Kriging types. The copula function is one of the new interpolation techniques that are recently used in sciences such as hydrology. Thus, the aim of this research was to evaluate the spatial variation of some soil chemical properties using the copula function and comparisons with geostatistics techniques.

    Materials and Methods

    Sampling by regular networking was done in an area of 484 ha located in 10 km far from the west of Baft city, located in Kerman province, central Iran (latitude of 29° 15′ N and longitude of 56° 29′ E). In the studied area, three agricultural, pasture and industrial sites are located nearby. The common crops of the region are wheat, barley, alfalfa, legumes and orchards of walnuts, pomegranates, almonds and grapes. The average height of the studied area is 2270 meters above sea level, the average annual temperature of the area is 16 degrees Celsius, and the average annual precipitation of the area is 247 mm. The soil used for the experiment was collected from 0 to 20 cm depth of the field. 121 soil samples were air-dried and, some physical and chemical properties were measured. In order to fit the Copula function to the data, first the appropriate marginal distribution function should be fitted to the data. For this purpose, three tests were used: Kolmogorov-Smirnov, Anderson-Darling and Chi-Square. The mentioned tests were carried out in the EasyFit 5.5 statistical software. By fitting the best marginal distribution function, the cumulative value of the marginal distribution function is calculated for each data. After calculating the above values, detailed functions can be fitted to the data. Finally, the accuracy of each interpolation method was evaluated according to the root mean square Error (RMSE), coefficient of determination (R2), mean absolute error (MAE) and mean biass error (MBE) indices.

    Results and Discussion

    In all types of geostatistical methods, the first step in interpolation is to fit the semivaiogram to the measured data, so after normalizing the data and validating the models, the appropriate model was selected for fitting the semivaiogram. Among the measured parameters, Pava and Kava semivaiogram followed spherical model and the interpolation of the above variables was done on the basis of this model. Copula analysis showed that the available phosphorous and potassium variables followed from the Wakeby and gamma distribution function, respectively. Also, based on the Pearson correlation coefficient, the correlation between pairs of points was less than 2000 m and the distance more than 2000 m was known as an independent distance. Based on the validation criteria for Pava parameter, Median copula function, Average copula function, IDW, Ordinary Kriging, Disjunctive Kriging, Universal Kriging and Simple Kriging have better estimates, respectively, and in the same way, the best interpolator for Kava parameter Median copula function, Average copula function, Ordinary Kriging, Universal Kriging, Disjunctive Kriging, Simple Kriging and IDW were determined, respectively. The estimation performance based on the coefficient of determination (R2) showed that value of this coefficient for copula function for available phosphorous and potassium were 5% and 4% greater than conventional geostatistics techniques. Also, the error of estimation was less for copula function indicating the better performance of copula to estimate the mentioned soil properties

    Conclusion

    This study was performed to investigate the Feasibility study of Copula function in predicting some soil nutrients and comprising this method with widely used methods of geostatistics. Our results demonstrated that the copula function method is more capable than the classical geostatistical methods in estimating soil properties due to the non-dependence of this method on the normality of the data distribution and outlier data. Therefore, with the help of this method, having a reliable and high-quality data bank of soil characteristics, acceptable maps of other soil characteristics can be presented at various scales.

    Keywords: Archimedean copula functions (Frank, Clayton, Gamble, Joe), kriging, interpolation}
  • مصطفی صادقی فرد، محمدجعفر ملکوتی*، وحیدرضا جلالی، علی اکبر زارع

    به منظور بررسی نقش کودهای پتاسیم و روی در افزایش عملکرد و کاهش مصرف آب گندم (Triticum aestivum L.)، آزمایشی در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با پنج تیمار و سه تکرار در آبان ماه 1396 در سال 1396 انجام شد. شهرستان کهنوج در استان کرمان. درمان های تجربی در این مطالعه عبارتند از: تیمار اول: کنترل (مصرف همه کودها به جز پتاسیم بر اساس نتایج تجزیه خاک با 7 آبیاری). تیمار دوم: کود دهی متعارف توسط کشاورزان محلی با 7 آبیاری. تیمار سوم: تیمار اول + استفاده از سولفات پتاسیم (SOP) قبل از کاشت با 7 بار آبیاری. تیمار چهارم: تیمار اول + کاربرد 33 درصد سولفات پتاسیم (SOP) قبل از کاشت و 67 درصد از منبع باقیمانده سولفات پتاسیم محلول (SSOP) به صورت محلول پاشی با 7 آبیاری. تیمار پنجم: تیمار اول + کاربرد 33 درصد سولفات- پتاسیم (SOP) قبل از کاشت و 67 درصد از منبع باقیمانده محلول سولفات- پتاسیم حاوی کلات (SSOP + Zn-EDTA) به صورت محلول پاشی و آبیاری در 5 نوبت. . نتایج نشان داد که الف) مصرف کودهای پتاسیم و روی بر عملکرد، محتوای پروتیین، غلظت فسفر، پتاسیم و روی و همچنین نسبت مولی اسید فیتیک به روی (شاخص تغذیه نامطلوب روی) در دانه تاثیر معنی داری داشت. به عنوان راندمان مصرف آب و پتاسیم. ب) در حالی که عملکرد و درصد پروتیین دانه در تیمار شاهد به ترتیب 4648 کیلوگرم در هکتار و 11.68 درصد بود، در تیمارهای دوم، سوم، چهارم و پنجم 4077 و 8.57، 5402 و 69، 12.12، 6137. و 13.62، به ترتیب 6022 کیلوگرم در هکتار و 13.85 درصد افزایش یافت. ج) شاخص تغذیه نامطلوب (نسبت مولی اسید فیتیک به روی) - (PA/Zn) در دانه گندم در تیمار شاهد 46 بود در حالی که این نسبت در تیمارهای دوم، سوم، چهارم و پنجم 74، 33، 23 بود. ، به ترتیب. د) در حالی که راندمان مصرف آب در شاهد برابر با 0.62 کیلوگرم بر متر مکعب بود، مقادیر در تیمارهای دوم، سوم، چهارم و پنجم به ترتیب 0.54، 0.72، 0.82 و 1.11 کیلوگرم بر متر مکعب بود. راندمان کود پتاسیم در تیمار سوم 2.51 کیلوگرم بر کیلوگرم بود. در تیمار چهارم این مقدار به 4.96 و در تیمار پنجم به 4.58 کیلوگرم بر کیلوگرم افزایش یافت. ه) با وجود کاهش مصرف آب از 7560 متر مکعب در هر چهار تیمار به 5400 متر مکعب در تیمار پنجم، عملکرد در تیمار پنجم نسبت به تیمار شاهد 31 درصد افزایش عملکرد داشت که در سطح درصد احتمال معنی دار بود. با توجه به نتایج فوق به این نتیجه می رسد که در خاک هایی که غلظت پتاسیم و روی کمتر از حد بحرانی است، بهتر است از کودهای پتاسیم و روی در چند مرحله استفاده شود.

    کلید واژگان: خشکی, عوامل کلات کننده, تغذیه, کمبود, محلول پاشی}
    Mostafa Sadeghifard, MohammadJafar Malakouti*, Vahid Reza Jalali, AliAkbar Zare

    In order to investigate the role of potassium and zinc fertilizers in increasing yield and reducing water consumption of wheat (Triticum aestivum L.), a field experiment was conducted in the form of a randomized complete block design with five treatments and three replications in November 2017 in Kahnooj city in Kerman province. Experimental treatments in this study include; the first treatment: control (consumption of all fertilizers except potassium based on the results of soil analysis with 7 irrigations); The second treatment: the conventionl fertilizing by the local farmers (NP) with 7 irrigations; Third treatment: first treatment + application of potassium sulfate (SOP) before planting, with 7 irrigations; Fourth treatment: first treatment + application of 33% sulfate-potassium (SOP) before planting and 67% of the remaining source of soluble potassium sulfate (SSOP) as foliar application with 7 irrigations; Fifth treatment: The first treatment + application of 33% of sulfate-potassium (SOP) before planting and 67% of the remaining source of sulfate-potassium solution containing chelate (SSOP + Zn-EDTA) as foliar application and irrigation in 5 times. The results showed that A) application of potassium and zinc fertilizers had a significant effect on yield, protein content, phosphorus, potassium and zinc concentrations and also, molar ratio of phytic acid to zinc (unfavorable nutritional index) Zn) in grain as well as water and potassium use efficiency. B) While the yield and percentage of protein in the grain in the control treatment was 4648 kg/ha and 11.68%, respectively, in the second, third, fourth and fifth treatments were 4077 and 8.57, 5402 and 69, 12.12, 6137 and 13.62, increased 6022 kg/ha and 13.85%, respectively. C) Unfavorable nutritional index (molar ratio of phytic acid to zinc) - (PA/Zn) in wheat grain in the control treatment was 46, while this ratio in the second, third, fourth and fifth treatments were 74, 33, 23, respectively. D) While the water use efficiency in the control was equal to 0.62 kg/m3, the values in the second, third, fourth and fifth treatments were 0.54, 0.72, 0.82 and 1.11 kg/m3, respectively. The efficiency of potassium fertilizer in the third treatment was 2.51 kg/kg, in the fourth treatment this value improved to 4.96 and in the fifth treatment to 4.58 kg/kg. E) Despite the reduction of water consumption from 7560 cubic meters in all four treatments to 5400 cubic meters in the fifth treatment, the yield in the fifth treatment compared to the control treatment had a 31% increase in yield, which was significant at the a percent probability level. Considering the above results, it is concluded that in soils where the concentration of potassium and zinc is less than the critical limit, it is better to use potassium and zinc fertilizers in several stages.

    Keywords: Wheat (Triticum aestivum L.), Potassium, Zinc, Potassium sulfate-solution containing zinc chelate, infoavorable nutritional index (PA, Zn)}
  • ساناز پورمیرکمالی، مجید محمودآبادی*، وحیدرضا جلالی

    سابقه و هدف :

    فرسایش پاشمانی و بین شیاری از انواع مهم فرسایش ناشی از باران در اراضی کشاورزی است. در بسیاری از مناطق کشور، وزش باد از طریق تشدید فرسایندگی باران باعث افزایش شدت فرسایش خاک می شود. یکی از راهکارهای حفاظتی مهم در مهار فرسایش، استفاده از خاکپوش بقایای گیاهی است. پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر درصدهای مختلف خاکپوش کاه و کلش گندم در تقابل با سرعت های مختلف باد بر شدت فرسایش بین شیاری و پاشمانی با استفاده از دستگاه شبیه ساز هم زمان باران و باد انجام شد.

    مواد و روش ها

    به این منظور، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کامل تصادفی از طریق ایجاد شدت 40 میلی متر در ساعت باران بر روی دو نمونه خاک با حداکثر اندازه ذرات 2 و 75/4 میلی متر (به ترتیب با اسامی C2mm و C4.75mm)، در سرعت های مختلف باد (صفر، 6 و 12 متر بر ثانیه در ارتفاع 40 سانتی متری) و سطوح متفاوت خاکپوش کاه و کلش شامل صفر، 30، 60 و 90 درصد (معادل 800، 1650 و 3300 کیلوگرم بر هکتار) هر یک در سه تکرار انجام شد. میزان فرسایش بین شیاری و پاشمان به سمت بالادست و پایین دست به طور جداگانه اندازه گیری شد. در پایان، درصد کارایی سطوح مختلف خاکپوش در کاهش فرسایش خاک در مقایسه با شاهد (خاک بدون پوشش) در سرعت های مختلف باد تعیین شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که با افزایش درصد خاکپوش بقایا، شدت فرسایش بین شیاری و پاشمانی به طور معنی داری کاهش یافت. همچنین با افزایش سرعت باد، فرسایش بین شیاری و پاشمان پایین دست ذرات به طور معنی داری افزایش و پاشمان بالادست کاهش نشان داد. کارایی خاکپوش در مهار فرسایش بین شیاری بین 7/30 تا 8/92 درصد و در کاهش پاشمان بالادست و پایین دست ذرات به ترتیب بین 3/3 تا 81 درصد و 9/78 تا 9/99 درصد تعیین شد. از بین سطوح مورد مطالعه، پوشش 60 درصد خاکپوش، بهترین پاسخ را در مهار فرسایش بین شیاری نشان داد.

    نتیجه گیری

    یافته های این پژوهش نشان داد که در باران های متاثر از وزش باد، شدت فرسایش بین شیاری با افزایش سرعت باد افزایش می یابد. با این وجود، از طریق ایجاد پوشش مناسب بقایای گیاهی در سطح خاک می توان شدت فرسایش را به طور معنی داری کاهش داد. در واقع، با افزایش درصد خاکپوش بقایای گیاهی، سطح خاک در برابر برخورد مستقیم قطرات باران محافظت می شود و در نتیجه، شدت فرسایش بین شیاری و پاشمانی کاهش می یابد. همچنین بقایای گیاهی، کارایی بیشتری در کاهش شدت پاشمان به سمت پایین دست نسبت به شدت پاشمان بالادست داشت. علاوه بر این در حضور بقایای گیاهی نسبت به شاهد، پاشمان به سمت پایین دست بیشتر از فرسایش بین شیاری کاهش یافت. یافته های این پژوهش نشان داد که با حفظ بقایای گیاهی در اراضی کشاورزی می توان اثر فرساینده سرعت باد در تشدید فرسایش ناشی از باران در اراضی کشاورزی را مهار نمود.

    کلید واژگان: خاکپوش, شبیه ساز هم زمان باران و باد, فرسایش ناشی از باران, فرسایندگی باد, فرسایندگی باران}
    Sanaz Poormirkamali, Majid Mahmoodabadi *, Vahidreza Jalali
    Background and Objectives

    Splash and interrill are two important types of rain-induced erosion in agricultural lands. In many parts of the country, erosive winds can increase soil erosion rate by intensifying rain erosivity. One of the most important conservation practices to control erosion is the use of plant residue mulch. The aim of this study was to investigate the effect of different percentages of wheat straw mulch in addition to different wind velocities on soil losses due to interrill and splash using simultaneous rain and wind simulator instrument.

    Materials and Methods

    For this purpose, an experiment was done in a completely randomized design based on three factors including wind velocity (0, 6 and 12 m s-1 at height of 40 cm), wheat straw mulch (0 (as control), 30, 60, 90%), and soil type (namely C2mm and C4.75mm) each at three replicates. A constant rainfall intensity of 40 mm h-1 was applied on the treated soils for a period of 40 minutes. Interrill erosion as well as up- and down-ward splash materials were measured separately. Finally, the efficiency of different mulch percentages in reducing soil erosion compared to the control (bare soil) at different wind velocities was determined.

    Results

    The results showed that with increasing the percentage of soil coverage, the soil loss due to interrill and splash was significantly reduced. Also, with increasing wind velocity, interrill erosion and downward splash increased, whereas upward splash decreased, significantly. The efficiency of plant residue mulch in reducing interrill erosion was ranged between 30.7 and 92.8 %, while its efficiency in controlling upward and downward splash varied from 3.3 to 81 % and 78.9 to 99.9 %, respectively. The 60 % coverage was introduced as the best mulch percentage.

    Conclusion

    The findings of this study showed that in wind-driven rains, interrill erosion rate increased with increasing wind velocity. However, it could be reduced by an appropriate coverage of plant residues. In other words, by increasing the percentage of wheat straw mulch, the soil surface is protected from the direct impact of raindrops and hence, interrill and splash erosion rates are reduced, significantly. It was concluded that the efficiency of plant residue in reducing downward splash was more than that in reducing upward splash. In addition, in the presence of plant residue, the downward splash was reduced more than interrill erosion rate. The results of this study indicate the importance of plant residue as an effective conservation agent in controlling soil erosion in agricultural lands.

    Keywords: mulch, Wind, rain simulator, Rain-induced erosion, Wind erosivity, Rain erosivity}
  • احسان غجه پور، اعظم جعفری*، وحیدرضا جلالی، مجید محمودآبادی
    مطالعه پراکنش مکانی ویژگی های خاک با هدف تهیه نقشه پهنه بندی آن در جهت مدیریت خاک و برنامه ریزی صحیح به منظور بهره برداری مناسب از منابع تجدید ناپذیر خاک، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. تابع مفصل، از تکنیک های درون یابی جدیدی است که امروزه در علوم مختلفی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده است تغییرات مکانی برخی از ویژگی های خاک با استفاده از تابع مفصل مورد ارزیابی قرار گیرد و نتایج حاصل از آن با تکنیک های زمین آماری مختلف مقایسه گردد. بدین منظور 121 نمونه سطحی خاک به روش شبکه بندی منظم از یک منطقه 484 هکتاری از غرب شهرستان بافت استان کرمان جمع آوری شد و برخی از ویژگی های خاک شامل ماده آلی و بافت خاک اندازه گیری شد. برای درون یابی از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل؛ توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو و تکنیک های زمین آماری شامل کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و کریجینگ منفصل یا گسسته و روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از شاخص های آماری RMSE،R2 ، MAE و MBE صورت گرفت. به منظور برازش تابع مفصل بر داده ها، ابتدا تابع توزیع متغیرهای مورد مطالعه تعیین گردید. نتایج نشان داد توزیع هر یک از متغیرهای مورد مطالعه با هم تفاوت دارد و توسط توابع توزیع متفاوتی تشریح می شود. همچنین با افزایش فاصله مقدار همبستگی برای همه متغیرهای مورد مطالعه کاهش پیدا می کند به طوریکه بعد از فاصله 2000 متری، هیچ همبستگی مکانی نشان نمی دهند. مقایسه روش تابع مفصل و تکنیک های زمین آماری براساس معیارهای ارزیابی نشان داد تابع مفصل در تخمین متغیرهای مورد مطالعه بهتر عمل کرده و مقادیر خطای حاصل از تخمین برای تابع مفصل کمتر محاسبه شد. به طور کلی نتایج این پژوهش نشان داد با توجه به ماهیت چولگی داده های خاک تکنیک های تخمینگر توابع مفصل توانایی بیانی کامل از وابستگی احتمالاتی را دارند و می توانند در مطالعات مکانی مورد توجه قرار گیرند.
    کلید واژگان: تابع مفصل, تکنیک های درون یابی, همبستگی مکانی, پیش بینی}
    Ehsan Ghojehpour, Azam Jafari *, Vahid Reza Jalali, Majid Mahmoudabadi
    The study of spatial distribution of soil properties for optimal soil management and proper utilization of non-renewable soil resources is of particular importance. The copula function is one of the new interpolation techniques that are widely used in various sciences such as hydrology. Thus, the aim of this study was to evaluate the spatial variation of some soil properties using the copula function and to compare with geostatistics techniques. Sampling by regular networking was done in a 484 ha area in the west of Baft city, Kerman province, and 121 surface soil samples were collected. After air drying and passing through a 2 mm sieve, the percentage of organic matter and clay were determined in soil samples. To interpolate, four functions of the Archimedean copula including the Clayton, Frank, Gumbel and Joe functions, and geostatistics techniques including simple kriging, ordinary kriging, universal kriging and disjunctive Kriging and the Inverse Distance Weighting (IDW) method were used. The results were analyzed using Root Mean Square Error (RMSE), determination coefficient (R2), mean absolute error (MAE), and Mean Bias error (MBE). In order to fit the copula function on the data, the distribution function of the studied variables was determined. The results showed that the distribution of each of the studied variables is different and is explained by different distribution functions. Also, with increasing distance, the value of correlation for all studied variables decreased so that after a distance of 2000 meters, they do not show any spatial correlation. Comparison of the Copula function and geostatistical techniques based on evaluation criteria showed that the Copula function had a better performance in estimating the studied variables and the estimation error for the Copula function were calculated less. In general, the results of this study showed that due to the skewed nature of soil data, Copula function have the ability to fully express the probabilistic dependence and can be considered in spatial studies.
    Keywords: Copula function, Interpolation techniques, Spatial correlation, Estimation}
  • وحیدرضا جلالی *، مهدی جواهری

    شوری آب آبیاری یکی از معضلات فزاینده در مسیر تولیدات کشاورزی و باغی است که محققین باید راهکارهای مختلف مواجه با این مشکل را تعیین و دراختیار بهره‌برداران قرار دهند. در همین راستا سیلیکون و سلنیوم به دلیل نقش مثبت و قابل توجه آنها چه از لحاظ ساختاری و چه به عنوان کوفاکتور آنزیم های مرتبط با متابولیسم آنتی اکسیدانهای مختلف می‌توانند نقش موثری در افزایش تحمل‌پذیری گیاهان در شرایط تنش شوری ایفا نمایند. بدین منظور آزمایشی فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی شامل چهار سطح شوری و سه منبع کودی از ترکیبات سیلیکون و سلنیوم در سایز معمولی و نانو در دانشکده کشاورزی شیروان، دانشگاه بجنورد انجام پذیرفت. تجزیه وتحلیل آماری نشان داد که اثر اصلی تنش شوری طبق انتظار، بر تمامی صفات مورد بررسی (به جز درصد اسانس) در گیاه نعنا فلفلی اثر کاهنده و معنی‌داربود. در این متغیرها اگرچه اثر اصلی نوع منبع کودی از لحاظ آماری معنی دار نگردید، اما در سطوح مختلف مصرف عناصر سیلیکون و سلنیوم، روند افزایشی این متغیرها مشاهده گردید که نشان دهنده تاثیر مثبت کاربرد همزمان این دو عنصر در تخفیف اثر تنش شوری بود.همچنین اثرات اصلی شوری و منبع کودی بر فاکتورهای طول و عرض برگ، وزن تر و خشک ساقه، تعداد شاخه فرعی، تعداد برگ وشاخص سطح برگ معنی‌دار بود. در همه این شاخصها، کاربرد عناصر سیلیکون و سلنیوم در اندازه نانو، همواره اثرگذاری بیشتری نسبت به اندازه معمولی این عناصر داشت که به عنوان یک راهکار مدیریتی در شرایط تنش شوری باید مورد توجه قرار گیرد.

    کلید واژگان: آب شور, اسانس, نانوکود, نعناعیان, ویژگی های رویشی}
    Vahidreza Jalali *, Mahdi Javaheri

    Irrigation water salinity is one of the growing problems in the path of agricultural and horticultural production that researchers must determine different solutions to this problem and provide it to farmers. In this regard, silicon and selenium due to their positive role, both structurally and as cofactors of enzymes related to the metabolism of various antioxidants can play an effective role in increasing plant tolerance to salinity stress. For this purpose, a factorial experiment was conducted in a completely randomized design including four salinity levels and three fertilizer sources of silicon and selenium compounds in normal and nano size in Shirvan Faculty of Agriculture, Bojnourd University. Statistical analysis showed that the main effect of salinity stress, as expected, had a significant reducing effects on all studied traits (except essential oil). In these variables, although the main effect of fertilizer type was not statistically significant, but at different levels of silicon and selenium consumption, an increasing trend of these variables was observed, indicating the positive effect of simultaneous use of these two elements in reducing the effect of salinity. Also the main effects of salinity and fertilizer sources on leaf length and width factors, fresh and dry weight of stem, number of sub-branches, number of leaves and leaf area index were significant. In all these indicators, the application of silicon and selenium elements in nano size has always been more effective than the normal size of these elements, which should be considered as a management strategy in salinity stress conditions.

    Keywords: Essential oils, lamiaceae, Morphological Characteristics, nano-fertilizer, saline water}
  • وحیدرضا جلالی*، یوسف حیدری، مجید حجازی مهریزی
    سطح زیادی از اکوسیستم های مرتعی، در نتیجه چرای مفرط و پیوسته دام های اهلی، در حال تخریب هستند و وضعیت پوشش گیاهی و خاک آنها رضایت بخش نیست. پژوهش حاضر، به بررسی تغییرات کیفیت فیزیکی- هیدرولیکی خاک در سطوح مختلف مدیریتی (شامل قرق یک ساله، چرای با شدت کم و چرای با شدت زیاد)، در سه مکان از درمنه زارهای کوهستانی رابر-استان کرمان، می پردازد. برای این منظور در فصل رویش 1396، 30 نمونه خاک از افق سطحی با سه تکرار، از هر مکان برداشت و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک (بافت، چگالی ظاهری، کربن آلی، هدایت الکتریکی، MWD، هدایت هیدرولیکی اشباع، ظرفیت رطوبتی اشباع، ظرفیت جذب آب خاک و شاخص فرسایش پذیری خاک) اندازه گیری شد. مقایسه مقادیر شاخصه ها نسبت به حد بحرانی آنها در جدول های استاندارد و در نظر گرفتن، پتانسیل منطقه و وضعیت آب و هوایی، نسبت به نوع و سطح حفاظت در آنها، تصمیم گرفته شد. بر مبنای نتایج، مدیریت های چرای اعمال شده اثر قابل توجهی بر شاخص های مذکور داشته به نحوی که تیمار چرای شدید، باعث افزایش 23/07 و 12/3 درصد (0/05<p) هدایت الکتریکی به ترتیب نسبت به تیمار قرق و چرای کم شد. کربن آلی در تیمار قرق، از 0/658 درصد به 0/491 و 0/464 درصد به ترتیب در تیمارهای چرای کم و چرای شدید کاهش یافت. همچنین کاهش معنی دار (0/01<p) میانگین وزنی قطر خاکدانه ها در اثر مدیریت های چرا نسبت به تیمار قرق مشاهده شد. از دیدگاه فیزیکی- هیدرولیکی، اعمال مدیریت چرای کم و چرای شدید، باعث کاهش 26/15 و 32/25 درصدی هدایت هیدرولیکی اشباع نسبت به مدیریت قرق شده در حالی که افزایش شدت چرا، باعث افزایش معنی دار (0/05<p) شاخص فرسایش پذیری خاک گردید. در مجموع، با توجه به مقایسه شاخص ها با حد استاندارد؛ اولویت حفاظت در هر یک از مکان های قرق، چرای شدت کم و چرای شدت زیاد؛ به ترتیب، عدم نیاز به حفاظت، حفاظت ابتدایی و حفاظت کامل می باشد.
    کلید واژگان: اکوسیستم های مرتعی, چرای دام, مدیریت مرتع, شاخص های کیفیت خاک}
    Vahidreza Jalali *, Yosof Heydari, Majid Hejazi Mehrizi
    Large area of rangeland ecosystems, are being degraded as a result of overgrazing and continuous grazing of domestic livestock, and the vegetation and soil condition in them is not satisfactory. The present study investigates the changes in soil physical-hydraulic quality at different Levels of Management (including One-year grazing exclusion, low-intensity grazing and high-intensity grazing) in three locations of mountain Artemisia habitat of Rabar Southeast, Kerman province. For this purpose, in growing season of 2017, 30 soil samples with 3 replicates were taken from the soil surface horizon from each location, and the hydro-physical and chemical properties of soil such as; texture, bulk density, organic carbon, electrical conductivity, mean weight diameter, saturated hydraulic conductivity, saturated moisture capacity, soil sorptivity and soil erodibility index were measured. By comparing the values of the characteristics in each place with respect to their critical level in the standard tables and considering the potential of the region and the weather conditions, the type and level of protection in each land were identified. Based on the results, applied grazing management had a significant effect on the mentioned indicators. So that intense grazing treatment caused an increase of 23.07% and 12.3% (p <0.05) of electrical conductivity compared to exclosure and low grazing treatment, respectively. Amount of organic carbon in the exclosure treatment decreased from 0.658% to 0.491% and 0.464% in the low and high grazing treatments, respectively. Also a significant decrease (p <0.01) in MWD of the aggregate diameter was observed due to grazing management compared to the exclosure treatment. From a physical-hydraulic point of view, the application of low and compared to the grazed management, while increasing thegrazing intensity caused a significant increase (p <0.05) in soil erodibility index. In general, according to the comparison of indicators with their standard limit; priority of protection in each of the exclisure, low and high intensity grazing; include no need for protection, basic protection, and full protection respectively.
    Keywords: rangeland ecosystems, Livestock grazing, rangeland management, soil quality indices}
  • سمانه اطمینان، وحیدرضا جلالی*، مجید محمودآبادی، عباس خاشعی سیوکی، محسن پوررضا بیلندی

    ایران در کمربند خشک و نیمه خشک زمین قرار گرفته است و از سوی دیگر به دلیل خشکسالی، تغییر اقلیم و سوء مدیریت با کاهش منابع آب شیرین مواجه می باشد. بنابراین لزوم افزایش بهره وری در مصرف آب امری کاملا بدیهی و ضروری است. از روش های مدیریتی در راستای افزایش بهره وری از منابع آب می توان به روش های نوین آبیاری اشاره نمود. مدیریت و کاربرد این روش های نوین آبیاری نیز مستلزم مطالعه روند تغییرات رطوبت خاک و میزان قابل دسترسی آن برای گیاه می باشد. در این مطالعه با هدف ارزیابی عملکرد مدل هیدرولوژیکی HYDRUS-1D در روش آبیاری سنترپیوت در مزرعه یونجه چهار ساله، به ارزیابی برآورد پارامترهای هیدرولیکی خاک با استفاده از روش حل معکوس نسبت به روش توابع پارامتریک در دو عمق متفاوت پرداخته شد. از این رو، در این تحقیق برای تعیین مقدار هر یک از پارامترهای هیدرولیکی خاک، از الگوریتم بهینه ساز مجموعه ذرات (PSO)  به عنوان روش حل معکوس و سه تابع پارامتریکی، Rosetta، قربانی و همایی و سپاس خواه و بندر استفاده شد. در ابتدا از بین سه تابع پارامتریک بهترین تابع انتخاب و در ادامه میزان کارایی روش حل معکوس نسبت به روش پارامتریک در فرآیند شبیه سازی جریان غیراشباع آب تحت مدل HYDRUS HYDRUSمورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج بیانگر توانایی و کارایی قابل قبول الگوریتم PSO در برآورد منحنی رطوبتی خاک و پارامترهای هیدرولیکی آن بوده است. هم چنین با ارزیابی شاخص های آماری، نشان داده شد که طی لینک نمودن مدل HYDRUS HYDRUSبا الگوریتم PSO، این مدل بهتر توانسته است روند تغییرات رطوبت خاک را برآورد نماید. بهترین عملکرد مدل در لایه سطحی با ضرایب 0.89= E، 0.94=d و 0.98=R2  حاصل شد.

    کلید واژگان: حل معکوس, مدل HYDRUS, منحنی رطوبتی خاک}
    Samaneh Etminan, Majid Mahmoodabadi, Abbas Khashei Siuki, Mohsen Pourreza Bilondi

    Iran is located in arid and semi-arid belt of the earth and also because of drought, climate changes and mismanagement of water use; its freshwater resources are declining. Therefore, the need to increase water productivity is obviously rational. New methods of irrigation can be mentioned to increase the efficiency of water resources management. Management and application of these new methods of irrigation also requires studying the process of soil moisture changes and its availability to the plant. The purpose of this study was to evaluate the performance of HYDRUS-1D hydrological model at two different depths using inverse solution method in relation to pedo-transfer functions in four-year alfalfa farm which irrigated with center pivot irrigation system. Therefore in this study, the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm (as inverse solution method) as well as three parametric functions including Rosetta, Gorbani Dashtaki and Homaee, and Sepaskhah and Bondar were used to estimate soil hydraulic parameters in simulating soil movement and moisture distribution in HYDRUS-1D hydrological model. So, among the three parametric functions, the best function was selected and then the efficiency of the inverse solution method was compared to the parametric method in the process of simulating the unsaturated flow with the HYDRUS model. The results indicated the acceptable ability of PSO algorithm to estimate soil moisture characteristic curve and its hydraulic parameters. Also by evaluating the statistical indices, it was shown that by linking HYDRUS model with PSO algorithm, this model was efficient to estimate the trend of soil moisture changes. The best model performance was obtained in the soil upper layer with E=0.89, d=0.94 and R2=0.98.

    Keywords: HYDRUS Model, Inverse solution, Soil moisture characteristic curve}
  • صفورا اسدی کپورچال*، وحیدرضا جلالی
    فلزات سنگین یکی از مهم ترین آلاینده های محیط زیست و به ویژه منابع خاک و آب هستند. از میان فلزات سنگین، سرب یکی از مهم ترین آلاینده های سمی است. استفاده از خاک های آلوده به سرب، مستلزم آلودگی زدایی و بهسازی آن ها است. پژوهش حاضر با هدف بررسی امکان آلودگی زدایی سرب از خاک و تخمین زمان بهینه پالایش با استفاده از گیاهان خرفه و تاج خروس وحشی انجام شد. بدین منظور، آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی با 5 تیمار شاهد، 150، 300، 600 و  mg/kg1200 و سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که در هر دو گیاه رابطه ای غیرخطی و مثبت بین مقدار سرب تجمع یافته در ریشه و ساقه با غلظت سرب موجود در خاک وجود داشت. بیش ترین مقدار سرب تجمع یافته در ریشه خرفه و تاج خروس وحشی به ترتیب 39/173 و mg/kg 76/149 و در ساقه آن ها نیز به ترتیب 01/20 و mg/kg 82/5 به دست آمد. فاکتور انتقال در هر دو گیاه کوچک تر از یک بوده (برای گیاه خرفه از 62/0 تا 12/0 و برای گیاه تاج خروس وحشی از 14/0 تا 04/0) و بیانگر انتقال کم تر سرب از ریشه به اندام هوایی می باشد. با توجه به توانایی گیاهان فوق در جذب مقادیر زیاد سرب از ناحیه رشد ریشه، عملکرد گیاهی بالا و توانایی تجمع سرب در اندام های قابل برداشت، هر دو گیاه برای پاک سازی سرب از اعماق سطحی خاک و تا غلظت های چندین برابر غلظت مجاز سرب کارآیی بالایی داشتند. لیکن با توجه به زمان پالایش و مقدار زیست توده تولیدشده، گیاه تاج خروس وحشی از توانایی بیش تری برای بهسازی خاک های آلوده برخوردار بود.
    کلید واژگان: آلودگی خاک, استخراج گیاهی, سرب, فاکتور انتقال}
    Safoora Asadi *, Vahidreza Jalali
    Heavy metals are one of the most important environmental contaminants, particularly in soil and water sources. Among heavy metals, lead is one of the most challenging toxic contaminants. Using lead-contaminated soils requires their decontamination and improvement. The objective of this study was to investigate the possibility of lead decontamination from soil and to estimate the optimal clean up time using Portulaca oleracea L. and Amaranthus retroflexus. For this purpose, a completely randomized design with five treatments of 30 (standard), 150, 300, 600 and 1200 mg/kg each with three replicates was performed. The results indicated that for both plants a non-linear positive relation exists between the lead concentrations in soil and that accumulated in plant roots and shoots. The highest extracted lead which was accumulated in roots of Portulaca oleracea L. and Amaranthus retroflexus were 173.39 and 149.76 mg/kg, and in their shoots were 20.01 and 5.82 mg/kg, respectively. Translocation factor was obtained from 0.62 to 0.12 for Portulaca oleracea L. and from 0.14 to 0.04 for Amaranthus retroflexus. The translocation factor in both plants was obtained to be less than one, indicating poor lead transfer from root to the shoot. Due to the ability of the above plants to absorb large amounts of lead from the root zone, high plant yield and the ability to accumulate lead in harvestable organs, both plants were highly effective for remediation of lead from soil surface up to concentrations several times of the allowable lead concentration. However, due to the clean-up time and the amount of biomass produced, the Amaranthus retroflexus had a better ability to remediate contaminated soils.
    Keywords: Lead, Phytoextraction, Soil contamination, Translocation factor}
  • احسان غجه پور، وحیدرضا جلالی، اعظم جعفری*، مجید محمود آبادی
    سابقه و هدف

    ویژگی های خاک دارای تغییرات مکانی و زمانی در مقیاس های کوچک و بزرگ می باشند. مطالعه این تغییرات، در سطح وسیع بسیار وقت گیر و هزینه بر است. به منظور تعیین سریع و قابل اعتماد ویژگی های خاک، تکنیک های درون یابی مختلفی توسعه و به کار گرفته شده است. از تکنیک های درون یابی که به طور گسترده در علوم مختلف به کار رفته است، می توان به انواع کریجینگ اشاره کرد. تابع مفصل، یکی از تکنیک های درون یابی جدیدی است که امروزه در علومی مانند هیدرولوژی کاربرد وسیعی پیدا کرده است. در پژوهش حاضر سعی شده است تغییرات مکانی برخی از ویژگی های فیزیکی خاک با استفاده از تابع مفصل مورد ارزیابی قرار گیرد و نتایج حاصل از آن با تکنیک های زمین آماری مختلف مقایسه گردد.

    مواد و روش ها

    به منظور اجرای پژوهش، نمونه برداری به روش شبکه بندی منظم، از منطقه ای به وسعت 484 هکتار در 10 کیلومتری غرب شهرستان بافت استان کرمان صورت گرفت و در نهایت، 121 نمونه از لایه سطحی خاک جمع آوری شد. پس از هوا خشک نمودن نمونه ها جرم مخصوص ظاهری با استفاده از کلوخه تعیین گردید، سپس با عبور دادن نمونه های خاک از الک 2 میلی-متری، درصد شن اندازه گیری شد. برای درون یابی از چهار تابع مفصل ارشمیدسی شامل؛ توابع کلایتون، فرانک، گامبل و جو و تکنیک های زمین آماری شامل کریجینگ ساده، کریجینگ معمولی، کریجینگ شاخص و کریجینگ منفصل یا گسسته و روش وزن دهی عکس فاصله (IDW) استفاده شد. تحلیل نتایج با استفاده از معیارهای میانگین ریشه دوم مربعات استاندارد (RMSE)، ضریب تبیین (R2)، میانگین خطای مطلق (MAE) و میانگین خطای انحراف (MBE) صورت گرفت.

    یافته ها

    براساس توصیف آماری، توزیع متغیر جرم مخصوص ظاهری، نرمال و متغیر درصد شن، غیرنرمال تشخیص داده شد. به منظور برازش تابع مفصل بر داده ها، ابتدا تابع توزیع متغیرهای مورد مطالعه تعیین گردید. نتایج نشان داد متغیر شن از تابع توزیع Frechet (3P) و متغیر جرم مخصوص ظاهری از تابع Wakeby پیروی کردند. براساس ضریب همبستگی پیرسون، همبستگی بین جفت نقاط در فاصله کمتر از 2000 متر مشخص شد و فاصله بیش از 2000 متر به عنوان فاصله مستقل شناخته شد. مقایسه روش تابع مفصل و تکنیک های زمین آماری براساس ضریب تبیین (R2) نشان داد مقدار این ضریب برای تابع مفصل برای متغیر شن 6 درصد و برای جرم مخصوص ظاهری 8 درصد بیشتر از تکنیک های مرسوم زمین آماری به دست آمد. همچنین مقادیر خطای حاصل از پیش بینی توسط تابع مفصل کمتر محاسبه شد که نشان از برتری نسبی عملکرد تابع مفصل در تخمین پارامترهای فیزیکی خاک دارد.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که توابع مفصل نتوانسته با دقت خیلی بالایی برآورد را انجام دهد، اگرچه تابع مفصل میانه نسیت به سایر تکنیک های زمین آماری، عملکرد بهتری در برآورد ویژگی های فیزیکی خاک دارد. از مهمترین دلایل این برتری می توان به توانایی برازش تابع توزیع حاشیه ای بر داده ها در تابع مفصل اشاره کرد که در تکنیک های زمین آماری امکان برازش تابع توزیع حاشیه ای بر داده ها ممکن نیست. از دلایل دیگر می توان به توانایی بیان همبستگی بین داده ها در فواصل مختلف و عدم حساسیت تابع مفصل به داده های پرت نسبت به تکنیک های مرسوم زمین آماری را برشمرد. با توجه به ماهیت چولگی داده های خاک در طبیعت و همچنین ضرورت آنالیز و تفسیر دقیق تر داده های واقعی خاک بدون تغییر آن ها، تابع مفصل می تواند کاربرد وسیعی در تخمین ویژگی-های خاک داشته باشد.

    کلید واژگان: تابع مفصل, تکنیک های درون یابی, پیش بینی}
    Azam Jafari *, Ehsan Ghojehpour, Vahid Reza Jalali, Majid Mahmoudabadi
    Background and objectives

    Spatial and temporal variations of soil characteristics occur in large and small scales. Study of these variations is very time-consuming and costly especially in large scales. In order to the fast and reliable determination of soil properties, various interpolation techniques have been developed and applied. The most widely used interpolation techniques in various sciences is the Kriging types. The copula function is one of the new interpolation techniques that are widely used in sciences such as hydrology. Thus, the aim of this study was to evaluate the spatial variations of some soil physical properties using copula function and to compare with geostatistics techniques.

    Materials and methods

    Sampling by regular networking was done in an area of 484 ha located in 10 km from the west of Baft city, Kerman province and finally, 121 surface soil samples were collected. After air drying, the apparent bulk density was determined using the Hunk, then the soil samples were passed through a 2 mm sieve to determine the percentage of sand. To interpolate, four functions of the Archimedean copula including the Clayton, Frank, Gumbel and Joe functions, and geostatistics techniques including simple, ordinary, universal and disjunctive Kriging and the Inverse Distance Weighting (IDW) method were used. The results were analyzed using Root Mean Square Error (RMSE), determination coefficient (R2), Mean Absolute Error (MAE), and Mean Bias Error (MBE).

    Results

    Based on the descriptive statistics, soil bulk density and soil sand followed a normal and skewed distribution, respectively. In order to fit the copula function, the distribution functions of the studied variables were firstly determined. The results showed that the sand and bulk density followed the Frechet (3P) and Wakeby distribution functions, respectively. Also, based on the Pearson correlation coefficient, the correlation between pairs of points was determined in distances less than 2000 m and distances more than 2000 m were known as an independent distance. The estimation efficiency based on the determination coefficient (R2) showed that value of determination coefficient for copula function for the sand variable, 6% and for bulk density 8%, more than conventional geostatistics techniques were obtained. Also, the estimation error of copula function was minimum that indicate good performance of copula function to estimate the spatial variation of soil physical properties.

    Conclusion

    The results of study showed that copula function, especially the median copula, have the better performance for estimation the studied soil properties. One of the most important reasons for this superiority is the ability to fit the marginal distribution function on the data in copula, while it is not possible in geostatistics techniques. Other reasons include the ability to express the correlation between the data at different intervals and the lack of sensitivity to outlier data in copula relative to conventional geostatistics techniques. Due to the skewness nature of soil data, as well as the need for more accurate analysis and interpretation of actual soil data, copula functions can be widely used to estimate of soil properties.

    Keywords: copula, interpolation techniques, prediction}
  • وحیدرضا جلالی*، صفورا اسدی کپورچال

    ذرت در مواجهه با تنش شوری، واکنش های متفاوتی را طی مراحل مختلف رشدی نشان می دهد و دوره رشد زایشی، حساس ترین دوره زندگی گیاه است. هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی توانمندی مدل های شبیه ساز شوری در تخمین عملکرد ذرت رقم سینگل کراس 704 طی دوره رشد زایشی بود. برای این منظور، مدل های فرایندی- فیزیکی شامل ماس و هافمن، ونگنوختن و هافمن، دیرکسن و همکاران و همایی و همکاران مورد استفاده قرار گرفتند. به منظور ایجاد شرایط واقعی رشد در خاک های شور، از آب شور طبیعی دریاچه نمک نوق واقع در رفسنجان استفاده و برای تهیه تیمارهای شوری مورد مطالعه در این آزمایش با آب معمولی رقیق شد. تیمارهای مورد استفاده در این پژوهش شامل سطوح شوری 1، 2، 4، 6 و 8 دسی زیمنس بر متر به همراه یک تیمار آب غیرشور (به عنوان شاهد) بودند که در سه تکرار مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاصل از آماره های ضریب کارآیی اصلاح شده (E')، شاخص مطابقت اصلاح شده (d') و ضریب جرم باقیمانده (CRM)، نشان داد که برای متغیر ارتفاع اندام هوایی، مدل ونگنوختن و هافمن با دارا بودن بیش ترین دقت (91/0=d' و 87/0=E') دقیق ترین مدل بود، در حالی که برای متغیر وزن خشک اندام هوایی، مدل غیرخطی همایی و همکاران (90/0=d' و 86/0=E') و برای متغیر عملکرد نهایی دانه، مدل ماس و هافمن (96/0=d' و 94/0=E') دارای بیش ترین دقت بودند و بهترین تخمین را ارایه دادند. به طور کلی، نتایج این پژوهش نشان داد که مدل های شبیه ساز شوری، توانمندی خوبی در تخمین عملکرد گیاه ذرت تحت شرایط تنش شوری و مدیریت بهتر تخصیص منابع آب کم کیفیت در مراحل مختلف رشد گیاه داشتند. به عبارت دیگر، استفاده از مدل های چهارگانه ماس و هافمن، ونگنوختن و هافمن، دیرکسن و همکاران و همایی و همکاران، می توانند ابزار موثری در استفاده از منابع آب شور با درجات مختلف شوری در جهت دستیابی به تولید بهینه ذرت باشند. بنابراین، با تعیین دقیق مدل بهینه برای هر دوره رشد و پذیرش میزان ریسک افت عملکرد به ازای میزان شوری آب آبیاری، می توان به طور قابل توجهی از منابع آب کم کیفیت نیز در تولید محصول ذرت بهره برد.

    کلید واژگان: افت عملکرد, تنش غیر زیستی, شاخص مطابقت, شبیه سازی}
    VahidReza Jalali *, Safoora Asadi Kapourchal

    Maize in response to salinity stress exhibits different responses during different growth stages and reproductive growth stage is the most sensitive stage of plant growth. The objective of the present study was to evaluate the ability of salinity simulator models to estimate maize (SC704) yield, during reproductive growth stage. Process-physical models including Maas and Hoffman, van Genuchten and Hoffman, Dirksen et al. and Homaee et al. models were used to access this objective. In order to create real growth conditions in saline soils, natural saline water of Nough lake in Rafsanjan, Kerman province, Iran, with electrical conductivity of 42.6 dS.m-1, was used and diluted with normal fresh water for preparation of salinity treatments studied in this experiment. Treatments used in this study were five salinity levels of 1, 2, 4, 6 and 8 dS/m with a non-saline water (as check treatment) that were studied in three replications. The results of modified efficiency coefficient (E'), modified agreement index (d') and coefficient of residual mass (CRM) statistics showed that the van Genuchten and Hoffman model with the highest accuracy (E'=0.87, d'=0.91) was the most accurate model for shoot height, while for shoot dry weight, the Nonlinear model of Homaee et al. (with the accuracy of E'=0.86 and d'=0.90) and for final grain yield, the Maas and Hoffman model (with the accuracy of E'=0.94 and d'=0.96), had the most accuracy and the best estimate. In total, the results of this study showed that salinity simulation models had good ability to estimate maize yield under salinity stress and better management of allocation of low quality water resources in different stages of plant growth. In other words, the four models of Maas and Hoffman, van Genuchten and Hoffman, Dirksen et al. and Homaee et al. can be effective tools in using saline water sources with varying degrees of salinity to achieve optimal maize production. Therefore, by precisely determining the optimal model for each growth stage and accepting the risk of yield loss due to salinity of irrigation water, low-quality water resources can also be considerably utilized in maize yield production.

    Keywords: Abiotic Stress, Agreement index, Simulation, Yield decrease}
  • وحیدرضا جلالی*، سمانه اطمینان، مجید محمود آبادی، عباس خاشعی سیوکی، محسن پوررضا
    سابقه و هدف

    منحنی رطوبتی خاک یک مفهوم کلیدی در فرآیند مدل سازی مطالعات فیزیکی و هیدرولوژی خاک است که نقش تعیین کننده ای در مدیریت آب و خاک دارد. از طرفی، دقت مدل های مورد استفاده در توصیف منحنی رطوبتی خاک متاثر از روند تغییرات پارامترهای آن است. تجزیه و تحلیل میزان عدم قطعیت پارامترهای هیدرولیکی منحنی رطوبتی خاک در فرآیند مدل سازی، تعیین پارامترهای ورودی مدل ها و ارزیابی میزان عملکرد مدل ها نقش بسزایی دارد. از این رو هدف از این مطالعه ارزیابی کاربرد روش شبیه سازی GLUE که یک روش شبیه سازی مبتنی بر روش مونت کارلو است، در برآورد میزان عدم قطعیت متغیرهای آلفا و n در سه مدل ون گنوختن، ون گنوختن- معلم و ون گنوختن- بوردین با ثابت فرض نمودن سایر پارامترهای منحنی رطوبتی خاک، می باشد.

    مواد و روش ها

    ابتدا از دو نمونه خاک غالب مزرعه دانشگاه شهید باهنر کرمان نمونه برداری صورت گرفت و سپس با استفاده از داده های حاصل از دستگاه صفحه فشاری و نرم افزار RETC، منحنی رطوبتی خاک برای هر دو نمونه خاک (کلاس بافتی شن لومی و لوم رس سیلتی) بر پایه هر سه مدل مذکور، رسم و پارامترهای منحنی رطوبتی آنها استخراج شد، سپس با استفاده از روش GLUE، میزان عدم قطعیت پارامترهای آلفا و n در هر سه مدل بررسی شد. همچنین در ادامه براساس عملکرد GLUE میزان عدم قطعیت ذاتی هر یک از سه مدل برای هر کدام از کلاس های بافتی مورد مطالعه، تحت بررسی قرار گرفت.

    یافته ها

    نمودار پسین برای هریک از پارامترهای هیدرولیکی مورد مطالعه برای هر سه مدل مذکور در هر کلاس بافتی بدست آمد، محدوده اطمینان 95 درصد از شبیه سازی نقاط منحنی رطوبتی خاک نیز برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی به عنوان خروجی اصلی این تحقیق حاصل شد. برای کمی سازی میزان عدم قطعیت مدل ها 4 شاخص ارزیابی عدم قطعیت محاسبه و بررسی گردید. برپایه شاخص های ارزیابی بهترین مدل برای بافت لوم رس سیلتی و شن لومی به ترتیب مدل ون گنوختن-معلم (71/85= PCI ، 2013/0 d-factor=، 079/0 S=، 4642/0 T=) و مدل ون گنوختن (75/28= PCI ، 0766/0 d-factor= ، 6453/0 S=، 1034/1 T=) می باشد.

    نتیجه گیری

    نتایج حاصل از نمودارهای توزیع پسین نشان داد که متغیرهای هیدرولیکی آلفا و n در روند واسنجی از قابلیت شناسایی کمتری برخوردار بوده و نمی توان دامنه بهینه برای آن ها تعیین نمود، از این رو این دو متغیر نقش عمده ای در عدم قطعیت منحنی رطوبتی خاک دارند. همچنین بررسی عدم قطعیت هر سه مدل نشان داد که روش GLUE به خوبی توانسته است نقاط منحنی رطوبتی خاک را برآورد نماید به طوری که منحنی رطوبتی حاصل از نرم افزار RETC برای هر سه مدل در هر دو کلاس بافتی در محدوده اطمینان 95 درصد قرار گرفت. قرار گرفتن حدود 85 درصد از نقاط منحنی رطوبتی خاک برای بافت لوم رسی سیلتی در محدوده اطمینان 95 درصد، بیانگر توانایی بالای روش GLUE است.

    کلید واژگان: روش مونت کارلو, عدم قطعیت, مدل ون گنوختن}
    S. Etminan, V.R. Jalali*, M. Mahmoodabadi, A. Khasheie Siuki, M. Pourreza
    Background and Objectives

    The soil moisture characteristic curve (SMCC) is a key concept in the modeling process of physical and hydrological studies of soil that plays a critical role in soil and water management. At the same time, the accuracy of the models used to describe the SMCC is affected by the trend of its parameters changes. The uncertainty analysis of hydraulic parameters of SMCC plays an important role in the modeling process, determining the model input parameters and evaluating the performance of the models. Therefore, the objective of this study was to evaluate the application of the GLUE simulation method, which is based on Monte Carlo simulation method, to estimate the uncertainty of alpha and n variables with constant assumption of other SMCC parameters, in three models of vanGenuchten, vanGenuchten-Mualem and vanGenuchten-Burden.

    Materials and Methods

    Initially, two soil samples were taken from Shahid Bahonar University of Kerman field and the SMCC for both soil samples (sandy loam and silty clay loam textures) was plotted on the basis of all three models using the Pressure Plate data and RETC Software and their moisture curve parameters were derived. Then, using the GLUE method, the uncertainty of alpha and n parameters in all three models were investigated. In addition, based on GLUE performance, the intrinsic uncertainty of each of the three models was evaluated for each of soil textures.

    Results

    The posterior distribution for each of the studied hydraulic parameters were obtained for three models in each textural class. The 95% confidence interval of SMCC simulations was obtained for all three models in two texture classes as the main output of this study. To quantify the uncertainty of the models, four uncertainty assessment indices were calculated and evaluated. Based on the evaluation indices, the best models for silty clay loam and loamy sand were the vanGenuchten-Mualem model (PCI = 85.71, d-factor 0.2013, S = 0.079, T = 0.4642) and the vanGenuchten model, (PCI = 28.75, d-factor = 0.0766, S = 0.6453, T = 1.1034) respectively.

    Conclusion

    The results of the posterior distributions diagrams showed that the alpha and n hydraulic variables were less identifiable in the calibration process and could not determine the optimal range for them, therefore, these two variables play a major role in the uncertainty of soil moisture curve. Also the uncertainty analysis of all three models showed that GLUE method was able to estimate soil moisture curve points so that the moisture curve obtained by RETC software for all three models was within 95% confidence level. The presence of about 85% of the soil moisture curve points for silty clay loam texture within the 95% confidence interval indicates the high capability of the GLUE method.

    Keywords: Monte Carlo method, Uncertainty, van Genuchten models}
  • حسین خیرآبادی، مجید محمودآبادی *، وحیدرضا جلالی، هرمزد نقوی
    پژوهش حاضر با هدف بررسی کارایی نمونه گیر BSNE در تله اندازی ذرات رسوب حاصل از اعمال سرعت های مختلف باد بر روی خاک های با توزیع اندازه ذرات متفاوت و همچنین معرفی پارامتری جدید با عنوان انتقال پذیری ذرات رسوب در ارتفاع های مختلف با استفاده از آزمایش تونل باد انجام شد. سه سرعت باد شامل 6، 10 و 14 متر بر ثانیه در ارتفاع 40 سانتی متری بر روی سطحی به طول 7 متر از سه نمونه خاک (با حداکثر اندازه ذرات 2، 75/4 و 8 میلی متر (D2mm، D4. 75mm و D8mm) ایجاد و رسوب تولیدی با استفاده از نمونه گیر BSNEدر ارتفاع های 10، 30، 50، 70 سانتی متر جمع آوری شد. نتایج نشان داد با افزایش ارتفاع، مقدار رسوب انتقال یافته به صورت نمایی کاهش می یابد. با افزایش سرعت باد، مقدار رسوب تولیدی افزایش و با بزرگ تر شدن اندازه ذرات خاکدانه، مقدار آن کاهش یافت. شدت انتقال ذرات در نزدیک بستر برای خاک های D2mm، D4. 75mm و D8mm به ترتیب بین 28/0 تا 11/2، 19/0 تا 06/1 و 23/0 تا 65/0 گرم بر سانتی مترمربع در دقیقه متغیر بود. کارایی نمونه گیر رسوب بسته به سرعت های مختلف باد و اندازه ذرات متفاوت خاک، بین 53 تا 82 درصد نوسان داشت. همچنین مشخص گردید که با افزایش ارتفاع از سطح، میزان انتقال پذیری ذرات رسوب در واحد سرعت باد، بطور نمایی کاهش می یابد. یافته ها بیانگر این مطلب نیز بود که در بین کلاس های مختلف اندازه ذرات رسوب، برای نمونه گیرهای منتخب در دو ارتفاع 10 و 30 سانتی متر، ذرات در دامنه اندازه 125 تا 500 میکرون، بیشترین انتخاب پذیری را دارند.
    کلید واژگان: نمونه گیر BSNE, تونل باد, انتقال پذیری رسوب, توزیع اندازه ذرات, زبری سطح, فرسایش بادی}
    Hossein Kheirabadi, Vahidreza Jalali, Hormozd Naghavi, Majid Mahmoudabadi*
     
    Introduction
    The trap efficiency of sediment catcher plays an important role in the study of wind erosion and its measurements. The sediment trap efficiency generally varies with particle size distribution and wind velocity. Worldwide, wind tunnel facility has been used by many researchers to determine the efficiency of sediment samplers designed for the measurement of the deposition of Aeolian dust. Therefore, this study was conducted to investigate the efficiency of BSNE sampler, the transportability of sediment particles per wind velocity, using wind tunnel facility under laboratory conditions. In addition, a new parameter by which sediment transportability can be quantified was introduced.
    Materials and Methods
    The wind tunnel experiments were carried out in an open circulation wind tunnel at the Soil Erosion and Conservation Laboratory, Shahid Bahonar University of Kerman, Iran. The wind tunnel consists of three sections including 1) wind generator section for producing different wind velocities, 2) test area section in which soil sample is placed and 3) sediment collector section. The wind tunnel has a uniform cross section with width and height of 80 cm by 80 cm and a total length of 12 m, with a working section of 7 m in length. The wind velocity can be varied continuously from 1 to 30 m s-1 at 40 cm height equal to 175 km/h at 10 m height. The soil used for the experiments is taken from the surface layer (0-20 cm depth) of a cultivated land from Kerman province (30 14 N and 57 06 E). The soil sample at first was air-dried, thoroughly mixed and then crushed to pass separately through 2, 4.75 and 8 mm sieve sizes in order to prepare three subsamples with different max size of 2 (D2mm), 4.75 (D4.75mm), 8 (D8mm) mm. Experiments were done as factorial based on completely random design with three replications. The factors were the height of sampler, wind velocity and soil aggregate size. Three wind velocities of 6, 10, 14 m s-1 at 40 cm height were introduced over the leveled soil surface with 7 m length and the sediment was collected using BSNE sampler at different heights of 10, 30, 50 and 70 cm at the outlet of the wind tunnel. Also, the total mass of soil loss was measured by differential weighing method for each erosion event.
    Results and Discussion
    Results showed that the sediment flux decreased with increasing height at different wind velocities and was quantified using an exponential function, satisfactorily. The sediment transport rate near soil surface for soils D2mm, D4.75mm and D8mm ranged from 0.28 to 2.11, 0.19 to 1.06 and 0.23 to 0.65 g cm-2 min-1, respectively. This implies the soil having coarser aggregates exhibits less erodibility. Moreover, sediment flux at all heights was increased with increasing wind velocity, whereas it was reduced as soil surface roughness increased. In general, the efficiencies of the BSNE samplers varied from 53.2% to 82.1%, depending on soil aggregate size and wind velocity. The efficiency of BSNE obtained for D2mm, D4.75mm and D8mm, at wind velocity of 6 m s-1 was 61.4, 53.2 and 77.5%, at wind velocity of 10 m s-1 was 56.5, 78.7, 69.5% and at wind velocity of 14 m s-1 was 62.4, 79.1, 82.1%, respectively. Also, the results indicated that the transportability of sediment particles per wind velocity decreased with height, which was described through an exponential function. Overall, the particles in the size range of 125 to 500 micron exhibited the maximum selectivity and frequency in the sediments collected at 10 and 30 cm heights. The finding of this study revealed the high importance of vertical distribution of sediment size particles and their selectivity in wind erosion studies.
    Conclusion
    The finding of this study indicated that most sediment particles were transported near the soil surface, this means that by appropriate conservation practices such as making sufficient roughness through this height, wind erosion can be reduced, significantly. Also, it was found the soils containing coarser aggregates due to higher random roughness show less erodibility and wind erosion rates. Finally, the efficiency of sediment sampler was found to be affected by some other factors, therefore, more attention is needed in the application of these types of samplers while the calibration is of importance, as well.
    Keywords: Wind tunnel, BSNE sampler, Sediment transportability, Particle size distribution, Surface roughness, Wind erosion}
  • وحیدرضا جلالی*، فاطمه عباس زاده، اعظم جعفری
    جزیره هرمز یک منبع گردشگری با جلوه های طبیعی و چشم اندازهای بکر است که متاسفانه امروزه در معرض صدمات ناشی از فعالیت های انسانی قرار گرفته است. در این پژوهش تعداد 58 نمونه سطحی(cm30-0) از منطقه مورد مطالعه که شامل تمامی سطح جزیره هرمز می باشد، جمع آوری و غلظت فلزات آهن، روی، سرب،کادمیوم و نیکل به روش هضم چهار اسید و با دستگاه (ICP- OES) اندازه گیری شد. به منظور شناسایی منابع احتمالی فلزات سنگین موجود در خاک های جزیره هرمز، از آنالیزهای چندمتغیره (آنالیز خوشه ایو تجزیه عاملی) و جهت تعیین میزان آلودگی منطقه از شاخص های زمین انباشتگی و فاکتور غنی شدگی استفاده شد. بر اساس مقادیر شاخص زمین انباشتگی، آلوده ترین عنصر در منطقه موردنظر آهن، و بر اساس فاکتور غنی شدگی نیز آهن در محدوده بسیار غنی شده قرار داشت. نتایج حاصل از تجزیه عاملی نشان داد که بین تک تک عناصر گروه «آهن، نیکل و سرب» و همچنین، بین عناصر گروه «روی و کادمیوم»، ارتباط مثبت و بالایی وجود دارد که بیانگر منشا یکسان اجزای درون هر گروه بوده و بدلیل نبود آلودگی صنعتی در منطقه، این تفاوت احتمالا ناشی از اختلاف در ساختار زمین شناسی می باشد. از طرفی انجام آنالیز خوشه ای، عناصر روی و کادمیوم را در یک گروه، و عناصر آهن، نیکل و سرب را در گروه دیگر قرار داد که این امر تائیدی بر نتایج تجزیه عاملی بوده و مجددا نشان دهنده منشا و رفتار ژئوشیمی یکسان عناصر در هر گروه و تفاوت در بین گروه های یاد شده است.
    کلید واژگان: شاخص زمین انباشتگی, فاکتور غنی شدگی, فلزات سنگین}
    Vahidreza Jalali *, Fatemeh Abbas Zaadeh, Azam Jafari
    Hormoz Island is a tourism resource with natural features and virgin landscapes which were exposed to damages caused by human activities. In this study, 58 surface samples were collected from the study area and total concentration of Fe, Zn, Pb, Cd and Ni were measured by using four acid digestion procedure and inductively coupled plasma instrument (ICP-OES). Cluster analysis and factor analysis were applied to identify the possible sources of the heavy metals in soils of Hormoz Island and for determination of pollution area, geoaccumulation index (Igeo) and enrichment factor (CF) were used. Fe element was identified as the most polluted element based on the values of Igeo, and CF showed the high enrichment level of this element. The obtained results from the factor analysis showed that there are a positive and strong relation between elemental group of “Fe, Ni and Pb” and elemental group of “Zn and Cd”. Therefore, these two elemental groups have the different origin and because of the absence of industrial pollution in the study area, this difference is probably due to different geological structure. Also, based on cluster analysis, elements of Zn and Cd were categorized in one group and Fe, Ni and Pb elements in another group. These findings confirm the results of the factor analysis and represent the same origin and the same geochemical behavior of elements in each group.
    Keywords: Enrichment factor, geoaccumulation index, Heavy metals}
  • سحر طاقدیس، مجید حجازی ، وحیدرضا جلالی
    روی یکی از عناصر کم مصرف ضروری برای گیاه و انسان است و در بسیاری از چرخه های فیزیولوژیکی و بیوشیمیایی موجودات زنده نقش دارد. در شرایط کمبود روی، گیاهان از طریق ترشح اسیدهای آلی در ریزوسفر سبب افزایش فراهمی روی در خاک می شوند. به منظور بررسی سینتیک رهاسازی روی توسط اسیداگزالیک، 5/1 گرم از نمونه های خاک سطحی (30-0 سانتی متر) در دو تکرار به لوله های پلی اتیلنی حاوی 15 میلی لیتر اسید اگزالیک (نسبت 10:1 خاک به محلول) در دو سطح 100 و 200 میلی گرم در لیتر اضافه و سوسپانسیون ها در بازه زمانی 1 تا 72 ساعت تکان داده شدند. در زمان های مشخص شده غلظت روی در عصاره با استفاده از دستگاه جذب اتمی اندازه گیری شد؛ سپس معادلات مختلف سینتیکی بر داده های حاصل از آزمایش برازش داده گردیدند. با توجه به نتایج، الگوی رهاسازی روی در خاک نشان داد که رهاسازی روی در ابتدا با سرعت زیاد انجام گرفته و با گذشت زمان به تدریج به یک تعادل نسبی رسیده است. افزایش سطح اسید اگزالیک در تمامی زمان ها سبب کاهش رهاسازی روی در خاک های مورد مطالعه شد. بر اساس ضریب تبیین و خطای استاندارد معادلات برازش یافته، معادلات ایلوویچ، تابع توانی و پخشیدگی پارابولیک و در انتها معادله مرتبه صفر به ترتیب به عنوان بهترین معادلات در توصیف داده ها شناخته شدند. نتایج نشان می دهد که کاربرد اسید اگزالیک در سطح 100 میلی گرم در لیتر می تواند سبب افزایش رهاسازی روی و افزایش قابلیت دسترسی آن در خاک شود.
    کلید واژگان: اسیدهای آلی, واجذب, خاک های آهکی, فراهمی روی}
    Majid Hejazi

    Zinc (Zn), an essential micronutrient for both plants and humans, is involved in a number of physiological and biochemical processes. Calcareous soils cover more than 30% of the earth’s land and are characterized by the high pH and low availability of plant nutrients. Zinc (Zn) that is freely available in acid soils is only sparingly available in calcareous soils, due to their poor solubility at high pH. Zinc deficiency in most of the world’s soils has resulted in significant loss of agricultural yields. Information about Zn availability in soils is very important in the view point of Zn nutritional status of plant and human. Several soil physicochemical properties including organic matter, CaCO3, pH, moisture and total Zn concentration affect soil Zn availability to plants. Under Zn deficiency, plants tend to release organic acid in the rhizosphere which in turn increases soil Zn availability. Oxalic acid is the simplest dicarboxylic acid with two pKa values, 1.23 and 4.19 and it occurs in sediments, forest soils, and agricultural soils, especially in the rhizosphere. Oxalic acid is able to chelate with the poorly soluble nutrients in the soil and consequently influence their bioavailability. It is known that Zn availability is controlled by adsorption, release, precipitation and dissolution reactions. Study of kinetic models is a useful method to describe the changes in the nutrient availability with time. A knowledge of desorption kinetics may provide important information concerning the nature of reaction and the rate of Zn supply to plants via soil solution.
    Materials and methods Composite samples of the two soils were collected from 0-30 cm depth of agricultural areas in Kerman province, Eastern Iran. The samples were air dried, crushed and passed through a 2mm sieve. Some soil chemical and physical properties of soil sample including Particle size distribution, Electrical conductivity and pH, Organic carbon, carbonate calcium equivalent, cation exchange capacity, available Zn and Total content of Zn were done according to standard procedures. For the kinetic study, soil samples were weighed (1.5g), placed in a 20 mL centrifuge tube and then 15 mL of oxalic acid with two concentrations of 1.1 and 2.2 mµ L-1 was added. The tubes were shaken from 1 to 72h at 25±2°C. Two drops of toluene were added to each tube to inhibit microbial activity. After shaking, the solutions were centrifuged and filtered through Whatman filter paper No. 42. Zinc concentration was determined in the filtrate using a Vario atomic absorption spectrometer. Several kinetic equations including zero-, first-, second- and third order, parabolic diffusion, Power function and simple elovich were also fitted to experimental data.
    Results and discussion Zn release by oxalic acid increased with time and the amount of Zn release differed between soils. The difference in the amount of Zn release may be attributed to differences in (i) the total amount of labile Zn which sorbed in the soil; (ii) types, quantities and relative proportions of the soil components by which the Zn is retained and (iii) other soil properties such pH and CEC. The release pattern of Zn included an initial fast reaction followed by a slow reaction that continued up to 72 h. The two phases of Zn release can be due to the heterogeneity of adsorption site with different adsorption affinities. The release kinetic of Zn in soils was poorly described by first- and second-order equations while Time dependent Zn release was best modeled by the simple Elovich, power function and parabolic diffusion equations. Based on the relatively higher values of r2 and the lower values of S.E., the simple Elovich showed the best fitness on the cumulative release of Zn. At each specified time, the lower dose of oxalic acid released Zn from soil more than the higher dose. Organic acids may increase the sorption of metal ions on soil particles through electrostatic interactions, ternary metal–ligand–surface complex formation or surface precipitation. It seems that Zn may interact with oxalic acid where adsorbed to solid phases and resulted in decreased Zn release. The rate parameters derived from the best-fitted model were used to compare Zn release by different concentrations of oxalic acid. The results showed that the rate parameters “ab”, Kp and β decreased with the oxalic acid concentration.
    Conclusion From the present study, oxalic acid, especially at the lower rate, can increase Zn release and its bioavailability in calcareous soils.
    Keywords: Organic acids, Desorption, Calcareous soils, Zn availability}
  • وحیدرضا جلالی*، اعظم جعفری، فاطمه عباس زاده
    سابقه و هدف ارتباط مستقیم بین افزایش غلظت فلزات سنگین خاک و ابتلا به سرطان های مختلف برای افرادی که در معرض آلودگی این فلزات هستند، توسط محققان مختلفی گزارش شده است. بنابراین پایش سریع و دوره ای گسترش مکانی این فلزات، بسیار با اهمیت است. اگرچه روش-های معمول اندازه گیری غلظت فلزات سنگین خاک که مبتنی بر روش هضم در اسیدهای غلیظ و قرائت توسط دستگاه ICP-OES و یا AAS انجام می گیرد از دقت کافی برخوردار است، این روش ها عمدتا وقت گیر و پرهزینه بوده و نیاز به مواد شیمیایی و کارشناسان آموزش دیده دارند. توسعه روش های اسپکتروسکوپی در دامنه طیف های مرئی تا مادون قرمز نزدیک می تواند روش جایگزین مناسبی برای انجام تخمین محتوی فلزات سنگین خاک باشد. این روش جز روش های غیرتخریبی تقسیم بندی شده، احتیاج به حداقل آماده سازی نمونه پیش از انجام آزمایش داشته و نیازمند به استفاده از هیچ گونه مواد شیمیایی( خطرناک ) نیست. همچنین قرائت های این روش حداکثر چند ثانیه طول کشیده و همزمان می توان چندین ویژگی خاک را از یک قرائت تخمین زد. اطلاعات چندانی در زمینه استفاده از بازتاب های طیفی در تخمین فلزات سنگین آرسنیک و مولیبدن با استفاده از بازتاب های طیفی در محدوده مادون قرمز نزدیک و میانی در کشور وجود ندارد. بنابراین هدف این پژوهش بررسی قابلیت شبکه های عصبی مصنوعی در تخمین غلظت این عناصر بر اساس مطالعه بازتاب های طیفی در محدوده مادون قرمز نزدیک و میانی است.
    مواد و روش ها تعداد 58 نمونه سطحی از جزیره هرمز جمع آوری و غلظت فلزات سنگین مولیبدن و آرسنیک با استفاده از روش هضم چهار اسید (16) و توسط دستگاه ICP-OES تعیین شد. به منظور اندازه گیری داده های طیفی نمونه های خاک، از دستگاه اسپکترورادیومتر زمینی(Field Spec 3، Analytical Spectral Device، ASD Inc) استفاده و بازتاب طیفی نمونه های سطحی در محدوده مادون قرمز نزدیک و میانی به دست آمد. سپس با استفاده از روش شبکه عصبی مصنوعی اقدام به استخراج توابع انتقالی طیفی و تخمین غلظت فلزات آرسنیک و مولیبدن گردید.
    یافته ها نتایج نشان داد که روش شبکه عصبی مصنوعی دارای قابلیت بالا در تخمین غلظت فلزات سنگین مورد مطالعه با استفاده از داده های طیفی می باشد. مقادیر ضریب همبستگی(R2) برای هر دو عنصر، مطلوب و بیشتر از 9/0 بوده است که نشان دهنده همراستایی بالای داده های واقعی و پیش بینی شده توسط مدل شبکه عصبی برای پیش بینی فلزات سنگین مورد مطالعه بوده است، در عین حال نتایج حاصل از سایر شاخص ها نشان داد که توانایی شبکه عصبی مصنوعی برای پیش بینی غلظت مولیبدن بهتر از آرسنیک بوده است، به طوری که نتایج نشان داد که مقدار خطای باقی مانده برای این عنصر کم (CRM=0.11)، ضریب آکائیک منفی(AIC=-345.8) و کارایی مدل سازی برای این عنصر نزدیک به یک بوده است (EF=0.97).
    نتیجه گیری در این تحقیق از بازتابش های طیفی در محدوده مادون قرمز در تخمین محتوای مولیبدن و آرسنیک خاک استفاده شد. همچنین شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان ابزار برقراری ارتباط بین بازتابش های طیفی و میزان فلزات سنگین به کار گرفته شد. بطور کلی نتایج نشان داد که روش شبکه عصبی مصنوعی می تواند به عنوان روشی کارا در اشتقاق توابع انتقالی طیفی و تخمین قابل اعتماد غلظت مولیبدن و آرسنیک در غلظت های بالا به کار گرفته شود.
    کلید واژگان: توابع انتقالی طیفی, جزیره هرمز, شبکه عصبی مصنوعی, فلزات سنگین}
    Vahidreza Jalali *
    Background and objectives Direct relationships between the incidences of cancer in people who are exposed to heavy metals, have been investigated and proved in various studies (28). So rapid and periodic monitoring of heavy metals in the areas vulnerable to pollution is important (9). Although conventional methods of soil metals content determination are sufficiently accurate, they are mostly based on wet digestion of soil samples in hot concentrated acids followed by atomic absorption spectrometry (AAS) or inductively coupled plasma (ICP) spectrometry, these methods are time consuming, expensive and require chemical agents and qualified staff (1). Development of visible-near infrared (Vis-NIR) diffuse reflectance spectroscopy provides an alternative to these conventional monitoring methods of the soil heavy metal contamination. Because there are many advantages with using the technique. It is non- destructive, requires a minimum of sample preparation and does not involve any (hazardous) chemicals. The measurements only take a few seconds and several soil properties can be estimated from a single scan. Moreover, the technique allows for flexible measurement configurations and in situ as well as laboratory-based measurements (35). Limited work has been done to predict soil heavy metal content with Vis-NIR through different models or data mining methods in Iran. The aim of this study was to explore the feasibility of ANN in estimating the heavy metal concentration using diffuse spectral reflectance data in the Vis-NIR range,
    Materials and methods A total of 57 soil samples were collected from the topsoil of Hormuz Island. The total concentrations of Mo and As elements were measured using inductively coupled plasma (ICP-OES) apparatus. Then reflectance spectra of the collected soil samples were measured using a portable spectroradiometer apparatus (Field Spec 3, Analytical Spectral Device, ASD Inc.) in the Vis-NIR (350-2500 nm) range. Artificial Neural Networks (ANN) method WAS used to predict heavy metal concentration from soil samples reflectance spectra.
    Results The results showed that ANN has high capability in estimating the concentration of studied heavy metals using spectral data. Coefficient of determination (R2) for both elements, were desirable and more than 0.9 that represents the correspondence of the observed and predicted data by the neural network model in predicting the Mo and As heavy metals. However, results from other index also indicated that the ability of artificial neural network to predict the concentration of molybdenum was better than arsenic heavy metal, So that the results showed that the coefficient of residual mass was low for this element (CRM = 0.11), the coefficient of Akaike was negative (AIC = -345.8) and modeling efficiency for this element has been close to a 1 (EF = 0.97).
    Conclusions In this paper we used hyperspectral reflectance data in visible and near infrared regions (350-2500 nm) to predict concentration of Mo and As heavy Using ANN as calibration model. Overall, results showed that artificial neural networks can be effectively used in deriving spectral-pedotransfer functions and bridging soil spectral reflectance to accurate estimates of molybdenum and arsenic heavy metals in high concentrations.
    Keywords: ANN, heavy metals, Hormuz island, spectral pedotransfer functions(STFs)}
  • الهام افضلی مقدم، ناصر برومند، وحیدرضا جلالی، صالح سنجری
    پارامترهای هیدرولیکی برای درک جریان رطوبت در خاک غیراشباع بسیار مهم می باشند و در مدل سازی جریان رطوبت، آلاینده ها و عناصر غذایی در خاک، استفاده میگردند. مدیریت خاک و کاربری اراضی، با تاثیر بر ویژگی های خاک می توانند مستقیما خصوصیات هیدرولیکی خاک را تغییر دهند. هدف اصلی این پژوهش، ارزیابی اثر کاربری های مختلف اراضی بر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (ks) بود. این پژوهش در 100 هکتار از اراضی منطقه خضرآباد در 25 کیلومتری جنوب شهرستان جیرفت انجام گردید. به کمک نرم افزار Google earth و Arc GIS، منطقه به بلوک هایی با ابعاد 1000×1000 متر شبکه بندی شد. مختصات جغرافیایی مراکز هر بلوک به عنوان محل نمونه برداری انتخاب و (ks) توسط دستگاه نفوذسنج گلف تعیین گردید. برای انجام درون یابی و تهیه نقشه های مکانی، از روش کریجینگ استفاده شد. نتایج نشان داد که (ks) با هم بستگی مکانی قوی از تغییرپذیری مکانی بالایی برخوردار است که این تغییرات در کاربری باغ بیش ترین و در کاربری بایر کم ترین مقدار را در برگرفتند و دلیل این امر نوع کاربری و تکنیک مدیریتی بسته به نوع کاربری و نشان دهنده تاثیر کاربری اراضی بر (ks) بود. الگوی پراکنش ks با متغیر شن هم روند و با الگوی پراکنش رس در خلاف جهت دیده شد که همین امر، تاثیر ویژگی های فیزیکی خاک را بر (ks) نشان داد. با توجه به پارامترهای ارزیابی MBE (میانگین انحراف خطا)، MAE (میانگین قدر مطلق خطا) و CRM (ضریب جرم باقی مانده)، بهترین مدل برازش داده شده به ks، مدل گاوسی بود و ویژگی های خاک نظیر ks، دارای تغییرپذیری مکانی وابسته به مقیاس نمونه برداری بودند. به طور کلی مشخص گردید که کاربری های اراضی، بسته به نوع کاربری و تکنیک مدیریتی مورد استفاده، با تاثیر بر خصوصیات خاک، باعث تغییر در ks می شوند.
    کلید واژگان: تغییرپذیری مکانی, جیرفت, کریجینگ, نفوذسنج گلف}
    Elham Afzali Moghadam, Naser Boroumand, Vahidreza Jalali, Saleh Sanjari
    Introduction
    The hydraulic parameters are very important for perception of water flow in unsaturated soil and using pollutants and nutrient flow modeling in the soil. The effect of soil management and land uses on soil parameters can directly alter soil hydraulic parameters. Because of interactive and tight relationship between soil and plant covering, studying the soil parameters and its changing during different land uses is vital. The main object of this study was evaluating the effects of different land uses on soil saturated hydraulic conductivity.
    Materials And Methods
    This study was performed in about 100 hectare fields of Khezrabad region in the 25 km south of the Jiroft county located in south eastern of Kerman province. The region gridded into 1000×1000 meter grids with use of Google earth and Arc GIS software, sampling places has been selected in the center of each grid. Measurement of soil saturated hydraulic conductivity done with the Guelph permeameter in the center of each grid. For the measurement of physical parameters such as bulk density, percent of sand, silt, clay in the laboratory, sampling done from 30cm depth so samples transferred to the laboratory. In this study in order to ensure the normal distribution of variables, the Kolmogorov-Smirnov test has been used with SPSS14 software. The Kriging method was used for interpolation and providing spatial maps.
    Results And Discussion
    Agriculture, garden and sterile lands were selected for the object of the present study. The study area includes garden, agriculture and sterile lands at the same time. The study area contains 3 classes of soil texture as: sandy, sandy-loamy and loamy-sand. The results showed that soil saturated hydraulic conductivity (ks) with strong spatial correlation had a high spatial variability. The fluctuation ranges of its values changes from 0.02 to 2325.71 cm per hour. The lowest value of ks was observed in garden land (by having the lowest value of soil bulk density) while the highest value was observed in sterile land (by having the highest value of soil bulk density). The results also showed that semi-variogram of garden, agriculture and sterile land were not the same, and it may gain from different types of agricultural operations, type of land use and various textures so that from garden land to sterile land, the soil texture becomes lighter and level of saturated hydraulic conductivity changes completely different. Several reasons maybe considered including soil different structures due to different type of agricultural operations and type of cultivation for every single land use. The change process of saturated hydraulic conductivity for garden and agricultural land was identical and for both the Gaussian model were fitted. According to the nugget effect ratio to the sill (C0/C0), variability of saturated hydraulic conductivity in agricultural land has a stronger spatial correlation (0.0006) and also has a higher radius of effect range (11740m) compared to garden land in which the ratio of the nugget effect ratio to sill is 0.28 and its radius of effect range is 8030 meters. the radius of effect range in sterile land had the lowest value among studied land uses, though having strong correlation, the effect range of this correlation is low and, compared to other lands, the changes process was more randomly obtained. To mention the reasons of this finding it is possible to refer to area of the sterile land, dispersion of the sampling points and long distance between pair points. The lowest spatial correlation belonged to garden land with middle spatial correlation class and the reason can be explained as due to increase of sand, decrease of clay and silt, bulk density of soil increases as well and leads to increase of coarse pores and consequently increasing saturated hydraulic conductivity of soil.
    Results showed that soil saturated hydraulic conductivity (ks) with strong spatial correlation has high spatial variability and these variability consist lowest quantity in the garden lands and highest quantity in the sterile lands. The distribution pattern of Ks was seen similar to the sand and the soils bulk density, this pattern was opposite to the clay distribution pattern, this indicates the effect of soil physical parameters on saturated hydraulic conductivity.
    Conclusion
    According to the evaluation parameters CRM, MAE and MBA, Gaussian model is the best fitted model to soil saturated hydraulic conductivity data and soil parameters such as saturated hydraulic conductivity consist spatial variability related to sampling scale. The factors of land type and consequently type of land cultivation, lands management system, type of agricultural operations, soil particles size and bulk density of soil have the most impact on variability of Ks.
    Keywords: Guelph permeameter, Jiroft, Kriging, Spatial variability}
  • وحید رضا جلالی، صفورا اسدی کپورچال
    در مناطق خشک و نیمه خشک کمبود آب به عنوان عامل اصلی و شوری خاک عامل ثانویه کاهش رشد گیاه و عملکرد دانه به شمار می رود. بنابراین برای استفاده از منابع آب های کم کیفیت و لب شور، باید تجزیه و تحلیل کمی واکنش گیاهان این مناطق نسبت به تنش شوری، توسط مدل های شبیه ساز انجام شود. در این پژوهش دو رویکرد کلی شبیه سازی شامل مدل های فرآیندی-فیزیکی و مدل های آماری-تجربی مورد بررسی قرار گرفت. بدین ترتیب که برای کمی کردن اثر شوری بر عملکرد نسبی بذر گندم دوروم (Triticum turgidum L.) (رقم بهرنگ) در مقادیر مختلف شوری خاک، از مدل های فرآیندی-فیزیکی شامل مدل ماس و هافمن، ون گنوختن و هافمن، دیرکسن و همکاران و همایی و همکاران و همچنین مدل های آماری-تجربی شامل تابع اصلاح شده گومپرتز، تابع نمایی دوگانه و تابع اصلاح شده ویبول استفاده گردید. گیاهانی که با آب غیر شور آبیاری شده بودند به عنوان تیمار بهینه در نظر گرفته شدند و عملکرد مطلق سایر بوته ها نسبت به عملکرد در این تیمار بهینه سنجیده شد. پس از برداشت بوته ها، وزن دانه های به دست آمده در هر سطح شوری ثبت گردید. مقایسه کارآیی نسبی مدل ها بر اساس شاخص های آماری ضریب کارآیی اصلاح شده و شاخص مطابقت اصلاح شده نشان داد که در بین مدل های آماری-تجربی، تابع اصلاح شده گومپرتز بیشترین دقت را داشته اند. بررسی تطبیقی تمام مدل ها بر اساس شاخص های آماری فوق نشان داد که مدل همایی و همکاران دقیق ترین مدل برای شبیه سازی عملکرد گندم دوروم بوده است. همچنین، پارامترهای معادله همایی و همکاران از لحاظ فیزیکی دارای مفهوم بوده و کاملا تعریف شده و به راحتی قابل اندازه گیری می باشد، در حالی که در مدل-های آماری-تجربی مقادیر پارامترهای هر معادله فاقد مفهوم بیوفیزیکی بوده و مقادیر مطلق هر پارامتر هیچ گونه اطلاعاتی از وضعیت رشدی گیاه بیان نمی کند. بنابراین در این پژوهش مدل همایی و همکاران به عنوان مدل بهینه برگزیده شد.
    کلید واژگان: آب شور, تابع اصلاح شده گومپرتز, تنش محیطی, شبیه سازی}
    Vahid Reza Jalali, Safoora Asadi Kapourchal
    Introduction
    Salinity as an abiotic stress can cause excessive disturbance for seed germination and plant sustainable production. Salinity with three different mechanisms of osmotic potential reduction, ionic toxicity and disturbance of plant nutritional balance, can reduce performance of the final product. Planning for optimal use of available water and saline water with poor quality in agricultural activities is of great importance. Wheat is one of the eight main food sources including rice, corn, sugar beet, cattle, sorghum, millet and cassava which provide 70-90% of all calories and 66-90% of the protein consumed in developing countries. Durum wheat (Triticum turgidum L.) is an important crop grows in some arid and semi-arid areas of the world such as Middle East and North Africa. In these regions, in addition to soil salinity, sharp decline in rainfall and a sharp drop in groundwater levels in recent years has emphasized on the efficient use of limited soil and water resources. Consequently, in order to use brackish water for agricultural productions, it is required to analyze its quantitative response to salinity stress by simulation models in those regions. The objective of this study is to assess the capability of statistics and macro-simulation models of yield in saline conditions.
    Materials And Methods
    In this study, two general approach of simulation includes process-physical models and statistical-experimental models were investigated. For this purpose, in order to quantify the salinity effect on seed relative yield of durum wheat (Behrang Variety) at different levels of soil salinity, process-physical models of Maas & Hoffman, van Genuchten & Hoffman, Dirksen et al. and Homaee et al. models were used. Also, statistical-experimental models of Modified Gompertz Function, Bi-Exponential Function and Modified Weibull Function were used too. In order to get closer to real conditions of growth circumstances in saline soils, a natural saline water was taken from Maharlu Lake, Fars province, Iran. This natural and highly saline water with electrical conductivity of 512 dS/m diluted with fresh water to obtain the designated saline waters required for the experimental treatments. The designed experimental treatments were consisted of a non-saline water and five salinity levels of 2, 4, 6, 8 and 10 dS/m with three replicates. Three statistics of modified coefficient efficiency (E'), modified index of agreement (d') and coefficient of residual mass (CRM) were used to compare the used models and to assess their performances.
    Results And Discussion
    Comparing the relative performance of models based on statistical indices of Modified Coefficient Efficiency (E') and Modified Index of agreement (d') indicated that the nonlinear model of Homaee et al. is most accurate between process-physical models and Modified Gompertz Function is most accurate between statistical-experimental models. Comparison assessment of all models based on statistical index indicated that Homaee et al. model was the most accurate model for simulation of durum wheat yield. This is while the parameters of Homaee et al. equation is well-defined concept and is easily measurable, but in statistical-experimental models, parameters of each model have no biophysical concept and the absolute values of each parameter do not express any information about development status of the plant. So, the nonlinear model of Homaee et al. was chosen as the optimal model in this research.
    Conclusion
    Most of the plants such as wheat, are sensitive to salinity and by increasing the age, their sensitivity to salinity are reduced. Based on the obtained results of this study, by knowing and quantitative assessment of the dominant cultivars sensitivity of each region, as well as using appropriate simulation models, one can use brackish or saline waters to partly compensate fresh water shortage for scientific and extension Agricultural programs.
    Keywords: Environmental stress, Modified Gompertz Function, Saline water, Simulation}
  • وحیدرضا جلالی، ابراهیم باباییان
    سابقه و هدف
    مقدار کربن آلی خاک به عنوان یکی از مهمترین ویژگی های خاک، اهمیت بسیاری در توسعه و مدیریت پایدار کشاورزی دارد. مقدار مواد آلی خاک که عموما بر اساس مقدار کربن آلی آن اندازه گیری می شود، معمولا به عنوان شاخص کلیدی کیفیت و عملکرد خاک قلمداد می گردد (24). وجود مواد آلی مکفی خاک، تاثیرات مثبتی بر باروری خاک، ظرفیت نگهداشت آب خاک و ترسیب کربن دارد (35؛ 26؛ 25؛ 30). تحقیقات اخیر نشان داده است که فعالیت های انسانی همانند عملیات مکانیکی کاشت و فعالیت های توسعه ای اقتصادی منجر به درخطر افتادن محتوای مواد آلی خاک شده است (23؛ 22). بنابراین پایش مستمر میزان کربن آلی خاک می تواند نقشی مهمی در کنترل کیفیت و عملکرد خاک داشته باشد. از آنجا که روش های معمول آزمایشگاهی اندازه گیری کربن آلی خاک، به ویژه در مقیاس های مکانی بزرگ، عمدتا پرهزینه و زمان بر هستند به همین دلیل، روش های ارزیابی سریع، کم هزینه و با دقت میزان کربن آلی خاک، می تواند یک اقدام بسیار ارزشمند برای مدیریت بلندمدت خاک باشد. هدف از انجام این پژوهش مطالعه رفتار طیفی خاک به منظور برآورد مقدار کربن آلی خاک با استفاده از روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات جزئی توام با بازنمونه گیری (bagging-PLSR) و نیز بررسی اثر روش های مختلف پیش پردازش داده های طیفی بر دقت برآورد کربن آلی خاک بود.
    مواد و روش ها
    تعداد 200 نمونه خاک در مقیاس حوزه آبخیز (داده های واسنجی) و 40 نمونه در مقیاس مزرعه (داده های اعتبارسنجی) از دو عمق خاک (صفر تا 10 و 10 تا 30 سانتیمتر خاک) به صورت نمونه برداری مرکب در یک شعاع 10 متری جمع آوری و پس از هوا خشک کردن از الک 2 میلی متر عبور داده شد. برخی ویژگی های فیزیکوشیمیایی خاک ها در آزمایشگاه اندازه گیری شد. پس از آن، بازتاب طیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترو رادیومتر اندازه گیری و ارتباط بین 2000 باند با مقدار کربن آلی خاک مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    بر اساس نتایج به دست آمده، بهترین روش های پیش پردازش به منظور واسنجی مدل PLSR شامل حذف روند به روش موجک (94/1=RPD) و SNV توام با فیلتر میانه (92/1=RPD) بود. تعداد فاکتور مناسب مدل های تخمینگر در دو روش PLSR و bagging-PLSR برابر 17 بدست آمد. نتایج اعتبارسنجی مدل ها به ازای تمامی روش های پیش پردازش نشان داد، روش های PLSR و bagging-PLSR به ترتیب با گستره مقادیر RMSE برابر با % 11/1-167/0 و % 03/1-142/0 در برآورد مقدار کربن آلی خاک همراه بودند. همچنین، به ازای مقادیر کربن آلی >2/1 درصد، دقت تخمین در هر دو روش کاهش یافت.
    نتیجه گیری
    یافته های پژوهش نشان داد که استفاده از بازتاب طیفی خاک در محدوده مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز میانی(VIS، NIR و SWIR) می تواند مقدار کربن آلی خاک را مورد مطالعه قرار دهد. همچنین منحنی های طیفی خاک های مختلف سه مشخصه جذب در طول موج های 1414، 1913 و 2207 نانومتر را نشان داد که مربوط به مقدار آب موجود در شبکه کانی های رسی خاک و رطوبت هیگروسکوپی خاک بوده و می تواند به عنوان مشخصه های منحصربه فرد هر خاک محسوب شود. این باندها اهمیت زیادی در برآورد مقدار کربن آلی خاک دارند. پیش پردازش داده های طیفی خاک و انتخاب مناسب ترین روش پیش پردازش، یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر دقت روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی(PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات معمولی با بازنمونه گیری(bagging-PLSR) در برآورد مقدار کربن آلی خاک بود. بر اساس نتایج به دست آمده، روشbagging-PLSR نسبت به روش PLSR دقت بالاتری در برآورد مقدار کربن آلی خاک نشان داد.
    کلیدواژگان
    بازتاب طیفی خاک؛ پیش پردازش طیفی؛ رگرسیون حداقل مربعات جزئی؛ کربن آلی خاک
    عنوان مقاله [English]
    Estimating Soil Organic Carbon Using Hyperspectral Data in Visible، Near-infrared and Shortwave-infrared (VIS-NIR-SWIR) Range
    چکیده [English]
    Background and objectives: Soil organic carbon is a main soil property and particularly important for development and sustainable management of agricultural systems. Soil Organic Matter content، which is typically measured in the form of soil organic carbon SOC content، is commonly regarded as a key indicator of soil quality and utilization (Liu et al.، 2015). The presence of SOM has been proved to be beneficial for soil productivity، water holding capacity، and carbon sequestration (Prescott et al.، 2000; Munson and Carey، 2004; Seely et al.، 2010; Six and Paustian، 2014). Earlier studies showed that SOM is vulnerable to anthropogenic activities such as farming practices، and other economic development activities (Huang et al.، 2007; Kissling et al.، 2009; Mao، et al.، 2014). Conventional laboratory analyses for measuring soil organic carbon، especially in large scale، are expensive and time consuming. For this reason، fast and accurately assess the amount of organic carbon can be a very valuable measure for long-term management of soil. The objectives of this study were: i) studying of proximal spectral reflectance of soils for estimating soil organic carbon by PLSR and bagging-PLSR methods and ii) investigating the effects of different preprocessing methods on performance of estimated soil organic carbon.
    Materials and methods: A total of 200 composite soil samples on watershed scale (calibration data) and 40 soil samples on farm scale (validation data) from two different depth (0-10 and 10-30 cm) collected within a radius of 10 meters and after air drying، they were passed through 2 mm sieve. Some physicochemical characteristics of soils were measured in the laboratory. Consequently، proximal spectral reflectance of the soil samples within the VIS-NIR and SWIR (400-2500 nm) range was measured using a handheld spectroradiometer apparatus and correlation between 2000 bands and soil organic carbon were determined.
    Results: Results indicated that the best preprocessing methods to calibrate PLSR model were wavelet deterending (RPD=1.94) and SNV with median filter (RPD=1.92). The best PLSR and bagging-PLSR model for the estimation was obtained with 17 factors. Bagging-PLSR method has high performance (RMSE=0.142-1.03 %) than PLSR method (RMSE=0.167-1.11 %) for estimating soil organic carbon. In both methods، the accuracy was decreased while soil organic carbon was bigger than 1.2 percent.
    Conclusion: Using the soil spectral reflectance in the range of VIS، NIR and SWIR can examine the soil organic carbon. The spectral curves of different soils showed three absorbance properties at wavelengths 1414، 1913 and 2207 that was the amount of water in clay network and soil hygroscopic water، so they can be considered as a unique characteristics for each soil. These spectral bands are very important to estimate the amount of soil organic carbon. Soil spectral data pre-processing and selection of the most suitable pre-processing method was one of the most important factors affecting the accuracy of bagging-PLSR and PLSR method to estimate the amount of soil organic carbon. Based on the results، the method of bagging-PLSR showed higher accuracy than the PLSR method to estimate the amount of soil organic carbon.
    کلیدواژگان [English]
    Soil spectral reflectance، Spectral preprocessing، PLSR، Soil organic carbon
    سابقه و هدف
    مقدار کربن آلی خاک به عنوان یکی از مهمترین ویژگی های خاک، اهمیت بسیاری در توسعه و مدیریت پایدار کشاورزی دارد. مقدار مواد آلی خاک که عموما بر اساس مقدار کربن آلی آن اندازه گیری می شود، معمولا به عنوان شاخص کلیدی کیفیت و عملکرد خاک قلمداد می گردد (24). وجود مواد آلی مکفی خاک، تاثیرات مثبتی بر باروری خاک، ظرفیت نگهداشت آب خاک و ترسیب کربن دارد (35؛ 26؛ 25؛ 30). تحقیقات اخیر نشان داده است که فعالیت های انسانی همانند عملیات مکانیکی کاشت و فعالیت های توسعه ای اقتصادی منجر به درخطر افتادن محتوای مواد آلی خاک شده است (23؛ 22). بنابراین پایش مستمر میزان کربن آلی خاک می تواند نقشی مهمی در کنترل کیفیت و عملکرد خاک داشته باشد. از آنجا که روش های معمول آزمایشگاهی اندازه گیری کربن آلی خاک، به ویژه در مقیاس های مکانی بزرگ، عمدتا پرهزینه و زمان بر هستند به همین دلیل، روش های ارزیابی سریع، کم هزینه و با دقت میزان کربن آلی خاک، می تواند یک اقدام بسیار ارزشمند برای مدیریت بلندمدت خاک باشد. هدف از انجام این پژوهش مطالعه رفتار طیفی خاک به منظور برآورد مقدار کربن آلی خاک با استفاده از روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی (PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات جزئی توام با بازنمونه گیری (bagging-PLSR) و نیز بررسی اثر روش های مختلف پیش پردازش داده های طیفی بر دقت برآورد کربن آلی خاک بود.
    مواد و روش ها
    تعداد 200 نمونه خاک در مقیاس حوزه آبخیز (داده های واسنجی) و 40 نمونه در مقیاس مزرعه (داده های اعتبارسنجی) از دو عمق خاک (صفر تا 10 و 10 تا 30 سانتیمتر خاک) به صورت نمونه برداری مرکب در یک شعاع 10 متری جمع آوری و پس از هوا خشک کردن از الک 2 میلی متر عبور داده شد. برخی ویژگی های فیزیکوشیمیایی خاک ها در آزمایشگاه اندازه گیری شد. پس از آن، بازتاب طیفی خاک در گستره مرئی، مادون قرمز نزدیک و میانی (2500-350 نانومتر) با استفاده از دستگاه اسپکترو رادیومتر اندازه گیری و ارتباط بین 2000 باند با مقدار کربن آلی خاک مورد بررسی قرار گرفت.
    یافته ها
    بر اساس نتایج به دست آمده، بهترین روش های پیش پردازش به منظور واسنجی مدل PLSR شامل حذف روند به روش موجک (94/1=RPD) و SNV توام با فیلتر میانه (92/1=RPD) بود. تعداد فاکتور مناسب مدل های تخمینگر در دو روش PLSR و bagging-PLSR برابر 17 بدست آمد. نتایج اعتبارسنجی مدل ها به ازای تمامی روش های پیش پردازش نشان داد، روش های PLSR و bagging-PLSR به ترتیب با گستره مقادیر RMSE برابر با % 11/1-167/0 و % 03/1-142/0 در برآورد مقدار کربن آلی خاک همراه بودند. همچنین، به ازای مقادیر کربن آلی >2/1 درصد، دقت تخمین در هر دو روش کاهش یافت.
    نتیجه گیری
    یافته های پژوهش نشان داد که استفاده از بازتاب طیفی خاک در محدوده مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز میانی(VIS، NIR و SWIR) می تواند مقدار کربن آلی خاک را مورد مطالعه قرار دهد. همچنین منحنی های طیفی خاک های مختلف سه مشخصه جذب در طول موج های 1414، 1913 و 2207 نانومتر را نشان داد که مربوط به مقدار آب موجود در شبکه کانی های رسی خاک و رطوبت هیگروسکوپی خاک بوده و می تواند به عنوان مشخصه های منحصربه فرد هر خاک محسوب شود. این باندها اهمیت زیادی در برآورد مقدار کربن آلی خاک دارند. پیش پردازش داده های طیفی خاک و انتخاب مناسب ترین روش پیش پردازش، یکی از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر دقت روش های رگرسیون حداقل مربعات جزئی(PLSR) و رگرسیون حداقل مربعات معمولی با بازنمونه گیری(bagging-PLSR) در برآورد مقدار کربن آلی خاک بود. بر اساس نتایج به دست آمده، روشbagging-PLSR نسبت به روش PLSR دقت بالاتری در برآورد مقدار کربن آلی خاک نشان داد.
    کلید واژگان: بازتاب طیفی خاک, پیش پردازش طیفی, رگرسیون حداقل مربعات جزئی, کربن آلی خاک}
    E. Babaeean, V.R. Jalali
    Background And Objectives
    Soil organic carbon is a main soil property and particularly important for development and sustainable management of agricultural systems. Soil Organic Matter content, which is typically measured in the form of soil organic carbon SOC content, is commonly regarded as a key indicator of soil quality and utilization (Liu et al., 2015). The presence of SOM has been proved to be beneficial for soil productivity, water holding capacity, and carbon sequestration (Prescott et al., 2000; Munson and Carey, 2004; Seely et al., 2010; Six and Paustian, 2014). Earlier studies showed that SOM is vulnerable to anthropogenic activities such as farming practices, and other economic development activities (Huang et al., 2007; Kissling et al., 2009; Mao, et al., 2014). Conventional laboratory analyses for measuring soil organic carbon, especially in large scale, are expensive and time consuming. For this reason, fast and accurately assess the amount of organic carbon can be a very valuable measure for long-term management of soil. The objectives of this study were: i) studying of proximal spectral reflectance of soils for estimating soil organic carbon by PLSR and bagging-PLSR methods and ii) investigating the effects of different preprocessing methods on performance of estimated soil organic carbon.
    Materials And Methods
    A total of 200 composite soil samples on watershed scale (calibration data) and 40 soil samples on farm scale (validation data) from two different depth (0-10 and 10-30 cm) collected within a radius of 10 meters and after air drying, they were passed through 2 mm sieve. Some physicochemical characteristics of soils were measured in the laboratory. Consequently, proximal spectral reflectance of the soil samples within the VIS-NIR and SWIR (400-2500 nm) range was measured using a handheld spectroradiometer apparatus and correlation between 2000 bands and soil organic carbon were determined.
    Results
    Results indicated that the best preprocessing methods to calibrate PLSR model were wavelet deterending (RPD=1.94) and SNV with median filter (RPD=1.92). The best PLSR and bagging-PLSR model for the estimation was obtained with 17 factors. Bagging-PLSR method has high performance (RMSE=0.142-1.03 %) than PLSR method (RMSE=0.167-1.11 %) for estimating soil organic carbon. In both methods, the accuracy was decreased while soil organic carbon was bigger than 1.2 percent.
    Conclusion
    Using the soil spectral reflectance in the range of VIS, NIR and SWIR can examine the soil organic carbon. The spectral curves of different soils showed three absorbance properties at wavelengths 1414, 1913 and 2207 that was the amount of water in clay network and soil hygroscopic water, so they can be considered as a unique characteristics for each soil. These spectral bands are very important to estimate the amount of soil organic carbon. Soil spectral data pre-processing and selection of the most suitable pre-processing method was one of the most important factors affecting the accuracy of bagging-PLSR and PLSR method to estimate the amount of soil organic carbon. Based on the results, the method of bagging-PLSR showed higher accuracy than the PLSR method to estimate the amount of soil organic carbon.
    Keywords: Soil spectral reflectance, Spectral preprocessing, PLSR, Soil organic carbon}
  • فاطمه عباس زاده، وحیدرضا جلالی *، اعظم جعفری
    در این پژوهش با استفاده از روش های مختلف درون یابی شامل کریجینگ، وزن دهی فاصله معکوس و توابع پایه شعاعی، تغییرات مکانی عنصر سنگین مس، در خاک های جزیره هرمز مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور تعداد 58 نمونه سطحی (30-0 سانتی متر) از منطقه مورد مطالعه جمع آوری شد. غلظت کل فلز مس در خاک های منطقه مورد مطالعه به روش هضم چهار اسید و به کمک دستگاه (ICP-OES) اندازه گیری شد. معیارهای ارزیابی در این پژوهش شامل شاخص های ریشه متوسط مجذور خطاها (RMSE) و مقدار استاندارد شده ریشه متوسط مجذور خطاها (SRMSE)، همراه با معیار آماری ضریب جرم باقیمانده (CRM) با استفاده از روش اعتبار سنجی جک نایف بودند. نتایج به دست آمده نشان داد که روش کریجینگ بهترین الگو برای تخمین فلز مس در این منطقه می باشد زیرا کمترین میزان خطا را دارا بود. همچنین روش مدل نواری کم ضخامت در روش تابع پایه شعاعی نامناسب ترین الگو جهت تخمین مقدار این عنصر شناخته شد. نتایج پهنه بندی نشان داد که غلظت فلز مس در بخش های جنوبی منطقه مورد مطالعه کمتر از سایر مناطق است.
    کلید واژگان: جزیره هرمز, عنصر مس, میانیابی}
    F. Abbaszadeh, V. R. Jalali *, A. Jafari
    Spatial distribution of copper in Hormuz island soils were evaluated using different geostatistical methods including Kriging, Inverse Distance Weighting and Radial Basis Function. For this purpose, 58 surface soil samples (0-30cm) were collected from the study area. The total concentration of Cu element was measured by using four acid digestion procedure and inductively coupled plasma instrument (ICP-OES). The methods performances were evaluated based on Jacknife cross validation using Root Mean Square Error (RMSE), Standard Root Mean Square Error (SRMSE) and Coefficient of Residual Mass (CRM). Based on RMSE, SRMSE and CRM indices, the Kriging interpolator had best performance among the other interpolator and the Thin Plate Spline was also found as the most unsuitable method for estimating Cu spatial distribution throughout the Hormoz island Soils. The result of zoning showed that amount of copper concentration was lower in south parts of the study lands.
    Keywords: Copper Element, Hormuz Island, Interpolation}
  • هاشم شمس الدین، وحیدرضا جلالی، اعظم جعفری
    فلزات سنگین در همه خاک ها وجود دارند ولی آلودگی خاک به این فلزات، به دلیل فعالیت های بشری روند نگران کننده ای به خود گرفته است. هدف این مطالعه بررسی وضعیت فلزات سنگین آرسنیک، سرب، کادمیوم، روی و مس در خاک های اطراف مجتمع مس سرچشمه به کمک شاخص های زیست محیطی می باشد. تعداد 100 نمونه خاک سطحی از خاک های اطراف معدن و مجتمع فرآوری برداشته شد و با استفاده از روش هضم چهار اسید و به کمک دستگاه (ICP-OES) غلظت کل فلزات سنگین اندازه گیری شد. شاخص های زمین انباشتگی، فاکتور غنی شدگی و شاخص بار آلودگی جهت تعیین میزان آلودگی منطقه مورد مطالعه بکار برده شد. نتایج نشان داد میانگین غلظت فلزات سنگین بیشتر از غلظت زمینه است که بیانگر ورود عناصر از منابع آنتروپوژنیکی در منطقه است. همچنین غلظت بالای عناصر مورد بررسی به استثناء آرسنیک، در نزدیک معدن و کارخانه مشاهده شد. در حالیکه بیشترین غلظت آرسنیک در شمال غربی منطقه تعیین شد. میزان شاخص زمین انباشتگی برای همه فلزات در اطراف معدن و کارخانه بیشتر از 3 به دست آمد که نشان می دهد خاک دچار آلودگی شدید تا خیلی شدید به ویژه از نظر کادمیوم و آرسنیک محسوب می شود. مقادیر منفی شاخص زمین انباشتگی در مناطق مسکونی مشاهده گردید که در کلاس پاک قرار می گیرند. فاکتور آلودگی برای کادمیوم، بیشترین آلودگی و برای روی، کمترین آلودگی را در منطقه نشان داد. تجزیه و تحلیل نقشه پهنه بندی شاخص بار آلودگی نشان داد که بیشترین آلودگی در اطراف معدن و سپس در اطراف کارخانه می باشد و با افزایش فاصله، غلظت آلودگی به تدریج کمتر میشود.
    کلید واژگان: شاخص های زیست محیطی, فلزات سنگین, مجتمع مس سرچشمه}
  • مریم تاج الدینی، وحیدرضا جلالی*، مهدی سرچشمه پور
    در سال های اخیر استفاده از کودهای آلی همانند ورمی کمپوست در کشاورزی مورد توجه بوده است. به منظور بررسی تاثیر اندازه و مقادیر مختلف ورمی کمپوست بر ویژگی های گیاهچه های ذرت دانه ای، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی با چهار تکرار تحت شرایط کنترل شده گلخانه ای به مدت 90 روز در گلخانه تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر کرمان در سال 1393 اجرا شد. در این تحقیق، مقادیر ورمی کمپوست در چهار سطح 0، 1، 2 و 4 درصد جرمی و در سه اندازه مختلف 0/5، 1 و 2 میلی متر مورد استفاده قرار گرفت و صفات وزن تر و خشک ریشه، وزن تر و خشک ساقه، ارتفاع ساقه، تعداد برگ، حجم ریشه، تنفس میکروبی و درصد کلونیزاسیون ریشه اندازه گیری شد. نتایج حاصل نشان داد که کاربرد مقادیر مختلف ورمی کمپوست موجب افزایش معنی دار صفات وزن تر و خشک ساقه، ارتفاع ساقه، حجم ریشه، تعداد برگ و وزن تر و خشک ریشه گیاه ذرت نسبت به شاهد شد. اندازه های متفاوت ورمی کمپوست نیز تاثیر معنی داری بر صفات ارتفاع ساقه، درصد کلونیزاسیون ریشه و تعداد برگ داشتند، به طوری که اندازه 0/5 میلی متر تفاوت معنی داری با 2 میلی متر در سطح احتمال یک درصد داشت، اما تفاوت آن با اندازه یک میلی متر معنی دار نبود. به طور کلی، بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق می توان نتیجه گیری کرد که علاوه بر بهبود ویژگی های مرفولوژیک و بیولوژیک گیاه ذرت در اثر کاربرد مقادیر مختلف ورمی کمپوست، اندازه ذرات ورمی کمپوست نیز احتمالا از طریق بهبود ویژگی های کیفی خاک، می تواند بر ویژگی های مرفولوژیک و در نهایت عملکردی گیاه ذرت موثر باشد.
    کلید واژگان: تنفس میکروبی, کلونیزه شدن ریشه, ماده آلی, ویژگی های مرفولوژیک}
    Maryam Tajodini, Vahid Reza Jalali*, Mehdi Sarcheshmehpoor
    In recent years، the use of organic fertilizers like vermicompost has extensively been considered in agriculture. To evaluate the effect of different sizes and amounts of vermicompost on seedlings characteristics of grain maize، a factorial experiment based on completely randomized design with four replications was conducted، in a controlled conditions greenhouse for 90 days at Shahid Bahonar University of Kerman، Iran، in 2014. In this study، vermicompost at four amounts، 0، 1، 2 and 4 percent and three sizes، 0. 5، 1 and 2 mm were used and root and shoot fresh weight، root and shoot dry weight، stem height، leaf number، root volume، percentage of colonization and microbial respiration were measured. Results showed that different vermicompost amounts had significant effect than the control treatment on shoot fresh and dry weight، stem height، root volume، leaf number and root fresh and dry weight of maize plant at 1% of probability. Also، results showed significant differences between vermicompost sizes of 0. 5 and 2 mm at 1% probability level on the stem height، leaf number and root colonization. Based on the results، it can be concluded that not only incorporating soil with different vermicompost amounts can improve maize morphologic and biologic characteristics، but also the sizes of vermicompost via improving the soil qualitative characteristics could affects the maize morphologic and yield characteristics.
    Keywords: Microbial respiration, Morphologic characters, Organic matter, Root colonization}
  • وحیدرضا جلالی *، عباس گلی جیرنده، نجمه صادقی، سیاوش صدقی
    فعالیت های بشری، عامل اصلی تغییرات جاری در جو زمین، اقیانوس ها و چشم اندازهای طبیعی است و به طور فزاینده ای در حال تاثیرگذاری بر عملکرد طبیعی شاخص های مهم زیست محیطی، اجتماعی و اقتصادی خاک می باشد. چنین تغییراتی نیازمند اندازه گیری، نظارت و مدل سازی دقیق هستند تا از طریق شناخت این تغییرات به تصمیم گیرندگان توانایی تصمیم گیری آگاهانه در مورد تغییرات آب و هوایی، تامین امنیت غذایی، تولید سوخت های زیستی، مبارزه با تخریبهای محیطی و سایر موضوعات مرتبطه، داده شود. در این راستا، ایجاد بانک داده خاک تحت وب در مقیاس ملی از طریق گردآوری، ذخیره سازی، بررسی و در نهایت با در اختیار قرار دادن داده های زمین مرجع شده از خواص مختلف خاک، زمینه توسعه مطالعات دقیق، سریع و کم هزینه در زمینه علوم کشاورزی، منابع طبیعی، آبخیزداری، زیست محیطی و... را فراهم می نماید. در این مقاله تلاش بر آن است تا با معرفی و توضیح نحوه ایجاد بانک داده، زمینه افزایش بهره برداری از آن توسط کاربران مختلف فراهم گردد.
    کلید واژگان: اطلاعات پروفیلی خاک, پایگاه داده خاک ایران, سامانه اطلاعات مکانی تحت وب}
    V. R. Jalali *, A. Goli Jirandeh, N. Sadeghi, S. Sedghi
    Human activities are the main cause of current changes in the Earth's atmosphere, oceans and natural landscapes and it is increasingly being important factors affecting the normal environmental, social and economic function of the soil. Such changes require measuring, monitoring and modeling so by accurate understanding of the changes it can help to the decision-makers to make informed decisions about climate change, food security, biofuel production, the fight against environmental destruction and other issues. In this context, the creation of a web-based database on a national territory through the collection, storage, evaluation, and finally to provide georeferenced data from different soil properties, the development of accurate, fast and low cost research in the agricultural sciences, natural resources, watershed management, environmental will be provided. This paper is going to introduce and explain how to create the database, to increase the utilization of the different users.
    Keywords: soil profile Information, Iran soil\'s database, web GIS}
نمایش عناوین بیشتر...
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال