نشریه مهندسی زراعی
سال سی و هشتم شماره 2 (زمستان 1394)

توزیع، تحرک و زیست فراهمی عناصر در محیط تنها وابسته به غلظت کل آنها نیست بلکه به فاز جامدی که با آن ها پیوند یافته نیز مرتبط است. هدف از این تحقیق، تعیین شکل ها و ارزیابی زیست فراهمی روی در یک خاک آهکی تیمار شده با لجن فاضلاب با استفاده از روش عصاره گیری دنباله ای بود. بدین منظور، آزمایشی گلخانه ای با شش سطح لجن (0، 5/22، 45، 90، 180، 360 تن در هکتار) بر پایه طرح کاملا تصادفی با 4 تکرار به مدت 90 روز با کشت گیاه اسفناج اجرا گردید. نتایج نشان داد مقدار روی قابل استخراج با DTPA با کاربرد لجن فاضلاب افزایش معنی دار یافت. کاربرد لجن فاضلاب موجب افزایش معنی دار همه شکل های روی گردید. بیشترین افزایش مربوط به شکل کربناتی به میزان تقریبا 60 برابر تیمار شاهد بود. با این وجود، کاربرد لجن فاضلاب سبب تغییر ترتیب و نسبت شکل های مختلف روی گردید. به گونه ای که، در خاک شاهد، اجزاء مختلف روی بدین ترتیب بود: روی تبادلی < روی کربناتی < پیوند یافته با ماده آلی < پیوند یافته با اکسید های آهن و منگنز < باقی مانده. در مقابل، ترتیب اجزا ناشی از اعمال تیمارهای لجن فاضلاب به صورت زیر تغییر یافت: روی تبادلی < پیوند یافته با ماده آلی < روی کربناتی < پیوند یافته با اکسید های آهن و منگنز < باقی مانده. نتایج همچنین نشان داد در اثر کاربرد لجن فاضلاب غلظت روی در اندام هوایی اسفناج در همه تیمارها در حد سمیت بود.

طراحی الگوی نمونه برداری مکانی از مراحل اصلی نقشه برداری رقومی خاک به شمار می رود. در این تحقیق از تکنیک های مربع لاتین، تصادفی، شبکه منظم، فازی کی مینز، چاردرخت مرکزی و چاردرخت تصادفی جهت تعیین 151 نقطه ی نمونه برداری در منطقه ای به وسعت 3500 هکتار در شهرستان تفت استفاده گردید. نتایج آماری داده های محیطی از قبیل شاخص خیسی، شیب، جهت شیب، انحنای شیب، ارتفاع و شاخص گیاهی نرمال شده در نقاط نمونه برداری شده توسط تکنیک ها با جامعه اصلی مقایسه گردید. نتایج نشان داد که پارامترهای آماری میانگین و واریانس نمونه ها نسبت به جامعه در روش چاردرخت مرکزی بیشترین شباهت را دارند؛ به طوری که اختلاف میانگین شاخص خیسی در تکنیک های مربع لاتین، تصادفی، فازی کی مینز، شبکه منظم، چاردرخت مرکزی و چاردرخت تصادفی با جامعه به ترتیب 8/0 درصد، 2/2 درصد، 7/1 درصد، 4/1 درصد، 15/0 درصد، 6/5 درصد و 09/1 درصد می باشد. در حقیقت الگوی نمونه برداری چاردرخت مرکزی طوری محل نقاط را از جامعه انتخاب کرده است که توزیع نمونه گیری در هیستوگرام یکنواخت باشد. در حالی که در روش های دیگر شاهد نمونه برداری بیشتر یا کمتر در بعضی از قسمت های هیستوگرام ها و یا به نوعی اریب هستیم. درک و تلقی عمومی از نمونه برداری خوب آن است که می باید پراکنش جغرافیایی خوبی از نقاط نمونه برداری وجود داشته باشد. در حالی که نتایج نشان داد که همیشه نمونه برداری با توزیع جغرافیایی مناسب، تمام ویژگی های منطقه را مشخص نمی کند.

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.

هدف اصلی از روش های پیش خنک کردن خنک سازی سریع محصول قبل از انبار در سردخانه طی 24 ساعت پس از برداشت می باشد. خنک سازی خلائی به عنوان سریع ترین روش خنک سازی تبخیری برای هر محصولی که دارای رطوبت آزاد است، شناخته شده است. در این مطالعه آزمایشات برای ارزیابی تاثیر فشار محفظه ی خلاء در سه سطح 7/0، 1 و 5/1 کیلوپاسکال و وزن در دو سطح 100±300 و 100±900 گرم بر کاهش دمای سطح و مرکز، ضریب خنک سازی، فاکتور تاخیر، زمان خنک سازی و جرم از دست رفته برای خنک سازی کلم پیچ انجام شد. نتایج به دست آمده از این مطالعه نشان داد در بین سه سطح فشار هرچه فشار ثابت شده نهایی در محفظه بیشتر و کلم ها سنگین تر باشند زمان خنک سازی افزایش، ضریب خنک سازی کاهش و فاکتور تاخیر به طور ناپیوسته افزایش یافت، هم چنین هر چه زمان بیشتری سپری شد کلم ها رطوبت بیشتری از دست دادند. یکی از معایب روش خنک کردن خلاء، از دست دادن رطوبت محصولات می باشد. بنابر نتایج این تحقیق با انتخاب فشار 7/0 کیلوپاسکال به عنوان فشار ثابت شده نهایی برای مخزن میزان جرم از دست رفته کمتری وجود داشت. به گونه ای که این فشار باعث کاهش 32% و 52% به ترتیب در مقدار جرم از دست داده در مقایسه با فشار 1 و 5/1 کیلوپاسکال گردید. تاثیر فشار بر خنک سازی محصول کلم بسیار بارزتر از اثر فاکتور دیگر (وزن) بوده است. هم چنین استفاده از این روش موجب توزیع دمایی همگن در کلم پیج در طول فرآیند خنک سازی شد.

آمینواسیدها منابع تامین کننده نیتروژن برای میکروارگانیسم های خاک به شمار می آیند. با اندازه گیری آمونیوم آزاد شده طی تجزیه آمینواسید ها در خاک می توان سرعت و میزان آمونیفیکاسیون آن ها را در خاک ها بررسی کرد. این پژوهش با هدف مقایسه روند تجزیه آمینواسید ها در خاک از طریق اندازه گیری نیتروژن معدنی آزاد شده در خاک های تیمار شده با آمینواسید صورت گرفت. بدین منظور الگوی زمانی آمونیفیکاسیون و تاثیر غلظت آمینواسید در خاک های تیمار شده با آمینواسید های ال–گلوتامین، ال–آسپاراجین، ال–هیستیدین، ال–آرجینین و گلیسین بررسی شد. نتایج نشان داد که افزودن آمینواسید ها در هر دو خاک باعث افزایش معدنی شدن نیتروژن در خاک ها می گردد. بیشترین معدنی شدن نیتروژن برای تمام تیمار ها در مدت زمان 24 ساعت رخ داد که بیشترین و کمترین آن برای خاک لورک به ترتیب به میزان 41/340 و 81/252 و برای خاک شرودان به ترتیب 15/334 و 23/126 میلی گرم برکیلو گرم بود. افزایش غلظت آمینواسید، معدنی شدن نیتروژن را فزونی بخشید به طوری که این روند بجز در مورد ال–هیستیدین تا غلظت 100 میلی مولار افزایشی بود. حداکثر آمونیفیکاسیون ال–هیستیدین در هر دو خاک در غلظت 60 میلی مولار رخ داد و پس از آن تغییر قابل توجهی رخ نداد. در بین آمینواسیدهای مورد بررسی، بیشترین سرعت آمونیفیکاسیون برای ال–آرجینین مشاهده گردید، ولی نزدیک ترین رفتار به ال–آرجینین مربوط به ال–هیستیدین بود. این تشابه ها به وسیله پاره ای تشابهات مولکولی و بیوشیمیایی توصیف گردید.

شناخت تغییرات درصد سدیم تبادلی (ESP) و اطلاع از مقدار آن در خاک های سدیمی یا شور و سدیمی جهت برآورد مقدار مواد اصلاح کننده و مدیریت اراضی، امری ضروری است. اندازه گیری این ویژگی به دلیل اینکه اندازه گیری ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) مشکل و زمان بر است، پر هزینه و همراه با خطا می باشد. از این رو ارائه روشی که بتوان با استفاده از شاخص سهل الوصول دیگری بطور غیر مستقیم ESP را بدست آورد بسیار بهینه و اقتصادی است. در تحقیق حاضر بدین منظور تعداد 296 نمونه خاک از سطح دشت سیستان جمع آوری و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی آنها اندازه گیری شد. ESP خاک، با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی (RBF و MLP) و سیستم نروفازی (ANFIS) مدل سازی و نتایج حاصله با روش رگرسیون خطی چند متغیره مقایسه گردید. نتایج بیانگر عملکرد ضعیف (50/0R2 ≤ و 34/4RMSE ≥) معادلات رگرسیون خطی در راستای برآورد ESP بود. با این حال، سیستم ANFIS با تعداد ورودی های کمتر (ECوpH) نتایج بهتری را نسبت به سایر روش های بکارگرفته شده ارائه داد (34/2RMSE= و81/0 R2=) و با افزودن تعداد ورودی ها از دقت سیستم نروفازی کاسته شد (2/4RMSE= و71/0 R2=). در صورتی که، شبکه عصبی RBF با افزایش تعداد ورودی ها عملکردی مطلوب (85/2RMSE= و 80/0 R2=) نشان داد. نتایج آنالیز حساسیت نیز با استفاده از روش ارتباط وزنی، به ترتیب نشان دهنده اهمیت بیشتر هدایت الکتریکی، اسیدیته، درصد ذرات رس و جرم مخصوص ظاهری در توجیه تغییرپذیری ESP منطقه بود.

مقاومت کششی ابزارهای مختلف خاک ورزی یک پارامتر مهم برای اندازه گیری و ارزیابی عملکرد ادوات و تعیین مقدار توان موردنیاز می باشد. در این تحقیق آزمایش های مزرعه ای در دو نوع خاک لومی شنی و شنی لومی در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) و با چهار تکرار، به منظور مقایسه آماری مقادیر مقاومت کششی زیرشکن با بازوی خمیده تحت تاثیر پارامترهای مختلف انجام گردید. در داخل هر بافت خاک، محتوی رطوبت خاک در دو سطح مختلف، سرعت پیشروی تراکتور در چهار سطح 1، 5/1، 8/1 و 3 کیلومتر بر ساعت و عمق کاری در چهار سطح 10، 20، 30 و 40 سانتی متر انتخاب گردید. در داخل هر کرت آزمایشی پارامترهای مقاومت کششی، شاخص مخروط خاک و درصد محتوای رطوبت خاک اندازه گیری گردید. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثرات اصلی بافت خاک، رطوبت، سرعت و عمق کار بر روی میزان مقاومت کششی زیرشکن در سطح احتمال 1% معنی دار بود. نتایج حاکی از آن بود که مقاومت کششی با افزایش سرعت پیشروی و عمق کار به طور معنی داری افزایش یافته و با افزایش محتوای رطوبت خاک کاهش می یافت. به منظور پیش بینی مقاومت کششی زیرشکن با بازوی خمیده، درصد محتوای رطوبت خاک، سرعت پیشروی تراکتور، عمق کار زیرشکن، درصد رس خاک و مقدار شاخص مخروط خاک به عنوان متغیرهای مستقل در نظر گرفته شدند. نتایج نشان داد که تمام متغیرهای مستقل درنظر گرفته شده در مدل رگرسیونی، در سطح احتمال %1 معنی دار می باشند. ضریب همبستگی مدل رگرسیونی چندگانه 842/0 و میانگین دقت پیش بینی مدل 57/83 % به دست آمد.

بخاطر گستردگی توزیع، سمیت و سرطان زایی، هیدروکربن های نفتی جز آلاینده های خطرناک بوده و حذف این آلاینده ها از خاک یک چالش بزرگ محسوب می شود. بر این اساس هدف از این پژوهش بررسی روش های شیمیایی و بیولوژیکی به منظور حذف نفت خام از خاکی با آلودگی مصنوعی است. در این مطالعه اثر باکتری های سودوموناس پوتیدا و باسیلوس لاتروسپروس به صورت کشت خالص و مخلوط(108 باکتری در هر گرم خاک) و همچنین سورفکتانت غیریونی توئین 20(دو درصد وزنی) بر حذف نفت خام(دو درصد وزنی/وزنی)از خاک بررسی شد. نتایج نشان داد تیمار شاهد با 4/2 درصد و تیمار کنسرسیوم میکروبی+تویین 20 با 78 درصد حذف نفت خام به ترتیب کمترین و بیشترین میزان حذف را به خود اختصاص دادند. همچنین مشخص شد که کنسرسیوم باکتری های سودوموناس پوتیدا و باسیلوس لاتروسپروس از کشت خالص این باکتری ها با 65 درصد حذف نفت خام، کارآمدتر است. بر اساس نتایج به دست آمده باکتری سودوموناس پوتیدا نسبت به باکتری باسیلوس لاتروسپروس توانایی بیشتری در حذف نفت خام دارد. همبستگی مثبت و معنی داری در سطح یک درصد بین مقادیر تنفس و کربن زیست توده میکروبی خاک با درصد حذف نفت خام به دست آمد. بالاترین میزان کربن زیست توده و تنفس خاک به ترتیب با میانگین mgCgdm -1 630/0 و mgCO2/g.day 536/0 درتیمار کنسرسیوم میکروبی و سورفکتانت و کمترین مقدار تنفس و کربن زیست توده میکروبی به ترتیب با mgCO2/g.day 172/0 و mgCgdm -1 118/0 مربوط به تیمار شاهد بود. بر اساس نتایج حاصل از این آزمایش روش زیست پالایی نسبت به روش شیمیایی بر حذف هیدروکربن های نفتی موثرتر است.

تعیین شکل های شیمیایی فسفر در خاک اطلاعات مفیدی را در ارتباط با تغذیه فسفر فراهم می آورد. این مطالعه به صورت دو عاملی در سه تکرار و در قالب طرح کاملا تصادفی با هدف بررسی تاثیر کاربرد تلفیقی منابع آلی و معدنی فسفر بر شکل های شیمیایی فسفر در یک خاک شور و ارتباط آن ها با جذب فسفر توسط گندم انجام شد. مقدار 100 میلی گرم بر کیلو گرم فسفر از منبع آلی (لجن فاضلاب شهری) و مبنع معدنی (سوپرفسفات تریپل) و مخلوط آن ها به یک خاک با کمبود فسفر و شوری 6 دسی زیمنس بر متر افزوده و رقم گندم ماهوتی در آن ها کشت شد. نتایج نشان داد که در ماه های اول و دوم تفاوتی بین تیمارهای کودی با تیمار شاهد از لحاظ خصوصیات رشدی گندم وجود نداشت در حالی که در ماه سوم کاربرد لجن فاضلاب به صورت مستقل و تلفیقی با کود فسفری سبب افزایش ارتفاع، وزن تر و وزن خشک شاخسار در مقایسه با تیمار شاهد شد. در تمامی تیمارها، فسفر قابل استخراج با آب کمترین و فسفر قابل استخراج با اسید بیشترین مقدار را در بین شکل های فسفر معدنی به خود اختصاص داد. کاربرد تلفیقی لجن فاضلاب با کود فسفری بیشترین تاثیر را بر NaHCO3-P داشت به طوری که سبب افزایش 39/1 برابری در H2O-P، 93/1 برابری در NaHCO3-P، 67/0 برابری در NaOH-P و 00/1 برابری در HCl-P در مقایسه با تیمار شاهد گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که کاربرد تلفیقی لجن فاضلاب و کود فسفری تاثیر بهتری در افزایش فراهمی فسفر و رشد گندم در شرایط شور دارد.

پیاز خوراکی به عنوان منبع غذایی و همچنین مصارف دارویی، امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با افزایش بیش از پیش تولید پیاز، نیاز به انبارداری، افزایش ماندگاری، کاهش ضایعات و استفاده از پودر پیاز بیشتر احساس می شود. به همین جهت خشک کردن این محصول به عنوان یکی از راهکارهای عملی همواره مطرح می باشد. امروزه با توجه به مزایای فناوری هوش مصنوعی، استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی در سطح وسیعی برای شبیه سازی و پیش بینی پارامتر های مورد نیاز در فرایند های خشک کردن در حال رشد و توسعه است. هدف از انجام این تحقیق پیش بینی محتوای رطوبتی پیاز به کمک شبکه عصبی مصنوعی می باشد. در این تحقیق پیاز با استفاده از خشک کن جریان عمودی هوای داغ در زمان های مختلف در سه سطح دمای 60، 70 و 80 درجه سلسیوس، سه سطح ضخامت لایه 15، 30 و 45 میلی متر، سه سطح ضخامت خلال 2، 4 و 6 میلی متر و سه تکرار، در سرعت هوای ثابت 5/1 متر بر ثانیه خشک شده تا محتوای رطوبتی آن ثابت و به 6% (بر پایه تر) برسد. بهترین الگوریتم یادگیری لونبرگ-مارکوارت با کمترین مقدار خطا MSE انتخاب شد. توپولوژی بهینه 1-10-4 با تابع آستانه تانژانت سیگموئید و مقادیر خطای 0133/0 و توپولوژی بهینه 1-6-4 با تابع آستانه لگاریتم سیگموئید و مقادیر خطای 022/0 به دست آمدند. مقایسه ضریب تبیین R2 وMSE نشان داد که شبکه عصبی با ساختار 1-10-4 با تابع آستانه تانژانت سیگموئید برای پیش بینی محتوای رطوبتی در مقایسه با توپولوژی های دیگر نتایج بهتری را ارائه می کند؛ بهترین مقدار ضریب تبیین 998/0 و MSE آن 0133/0 به دست آمد.