مجله پژوهش آب در کشاورزی
سال بیست و پنجم شماره 2 (پاییز و زمستان 1390)

با توجه به محدودیت منابع آبی و رشد فزآینده نیاز به آب در ایران از یک سو و مصرف بیش از 80 درصد منابع آبی در کشاورزی از سویی دیگر، اعمال برنامه آبیاری مناسب برای گیاهان امری ضروری است. در این تحقیق، تدوین برنامه آبیاری محصول گندم (تعیین نیاز آبی، عمق آبیاری و دور آبیاری) در 40000 هکتار از اراضی دشت ابهر- خرمدره مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، بانک اطلاعاتی مورد نیاز از شرایط خاک، گیاه و اقلیم در محیط یک سامانه اطلاعات جغرافیایی تشکیل شد. برای ایجاد لایه خاک، 73 نمونه خاک از ژئوفرم های منطقه تهیه و بر اساس آن بافت خاک، کل آب قابل استفاده و عمق خالص آب آبیاری تعیین شد. برای محاسبه نیاز آبی گندم نیز داده های اقلیمی 31 ایستگاه هواشناسی جمع آوری شد. نیاز آبی گندم با محاسبه تبخیر- تعرق مرجع به روش هارگریوز- سامانی و اعمال ضریب گیاهی به تفکیک هر دوره از رشد برآورد شد. از آن جایی که داده های مورد مطالعه، از نوع داده های مکانی بوده، برای تهیه نقشه های توزیع مکانی نیاز آبی و عمق خالص آب آبیاری، از روش زمین آمار استفاده و درونیابی داده ها به روش کریجینگ معمولی انجام شد. نتایج بر اساس کمترین مقدار ریشه میانگین مربع خطای تخمین (RMSEP) که بر اساس روش ارزیابی متقابل محاسبه شده، مورد ارزیابی قرار گرفت. برای تمامی درونیابی ها، نقشه خطای تخمین تهیه شد که میانگین خطای تخمین برای داده های نیاز آبی گندم 10 درصد و برای داده های عمق خالص آب آبیاری 7 درصد بدست آمد. بر اساس نتایج بدست آمده، کل نیاز آبی گندم در یک فصل زراعی 498 میلی متر بود که اردیبهشت ماه با میانگین 2/5 میلی متر در روز بیشترین نیاز آبی ماهانه را دارا بوده است. بر این اساس و برای بافت های مختلف خاک، دور آبیاری با استفاده از ویژگی آنالیز مکانی، برای کل منطقه مطالعاتی بدست آمد که بین 9 تا 11روز متغیر شد.

محدودیت منابع آب قابل دسترس، اندک بودن عملکرد محصولات دیم و ضرورت تولید محصولاتی که منطبق بر اصول زراعی و توجیه اقتصادی باشد، سبب شده که روش های تخصیص بهینه منابع تولید بین گزاره های مختلف گسترش یابد. با توجه به نقش مهم بخش کشاورزی دیم در اقتصاد ملی، اشتغال، حفظ و بقای نهاده های تولید و نیز سهم آن در تامین غذای جامعه، لازم است که از منابع و نهاده های تولید در این بخش به بهترین نحو ممکن استفاده گردد تا ضمن بهینه سازی مصرف منابع، سودآوری و رفاه کشاورزان نیز افزایش یابد و ثبات و پایداری در تولید به وجود آید. مطابق با شرایط کشاورزی دیم مرسوم در استان آذربایجان شرقی، شهرستان مراغه و بر اساس نتایج و یافته های پژوهشی 10 ساله (85-1375) در موسسه تحقیقات کشاورزی دیم در تعیین میزان و زمان تک آبیاری برای دو محصول اصلی دیم منطقه (گندم و جو) و نیز تعیین مدیریت برتر زراعی برای محصولات گندم، جو و نخود، مدیریت تخصیص تک آبیاری مورد بررسی و با شرایط سنتی دیم مقایسه شد. شاخص بهره وری بارش گندم، جو و نخود تحت شرایط مدیریت سنتی به ترتیب 24/0، 23/0 و 14/0 کیلوگرم بر متر مکعب بوده که با اعمال مدیریت برتر زراعی به ترتیب با 83، 5/56 و 164 درصد افزایش به 44/0، 36/0 و 37/0 کیلوگرم بر متر مکعب افزایش یافت. در شرایط آب قابل دسترس محدود و نیز دوره ی زمانی محدود برای انجام تک آبیاری، بهترین و اقتصادی ترین گزاره ی مدیریت تک آبیاری و توصیه های زراعی برای حصول بیشترین سود خالص در واحد سطح تعیین گردید و نشان داده شد که سهم مدیریت تلفیقی بیش از 70 درصد و سهم مدیریت برتر زراعی کمی کمتر از 30 درصد است.

خشکسالی یک دوره کوتاه مدت یا بلند مدت خشک است که تخلیه منابع آبی پنج گانه را باعث می شود و بدلیل وابستگی بشر و اکوسیستم به موجودیت آب در این منابع، اثرات این پدیده گسترده و شدید است. خشکسالی بعنوان یک حادثه خیلی پیچیده که از بروز یک یا چند دوره خشک بوجود می آید، اثرات زیانبار اقتصادی، اجتماعی و محیطی زیادی را در یک بازه یک ساله بجا می گذارد. بنابراین پایش دوره های خشک و به تبع آن خشکسالی ها و ارزیابی روند تغییرات آنها با استفاده از شاخص های مناسب می تواند تصمیم سازان، تصمیم گیرندگان و مدیران اجرائی کشور را به سمت تبدیل وضعیت از مدیریت بحران به مدیریت ریسک سوق دهد. ضرورت پایش و تعیین پارامترهای مرتبط با خشکسالی و استفاده از یک کمیت عددی قابل محاسبه بعنوان یک ابزار مناسب مدیریتی و برنامه ریزی، محققان را بر آن داشته تا شاخص هایی را جهت پایش خشکسالی ارائه دهند. از جمله این شاخص ها می توان به شاخص شدت خشکسالی پالمر اشاره کرد. تحلیل های حاصل از تحقیقات انجام شده در ایستگاه سینوپتیک زاهدان و بررسی مطالعات در دیگر نقاط دنیا نشان داد، اگرچه شاخص شدت خشکسالی پالمر دارای معایب خاص است، اما با داشتن نقاط قوت مناسب، بعنوان یک شاخص نیرومند برای تعیین زمان وقوع، زمان خاتمه، شدت و مدت دوره های خشک و در نهایت خشکسالی مطرح است. بررسی مقادیر این شاخص برای ایستگاه سینوپتیک زاهدان نشان داد که این شاخص بخوبی روند تغییرات بارندگی نسبت به شرایط نرمال و وقوع ترسالی و خشکسالی را نشان می دهد. نتایج در ایستگاه زاهدان نشان داد که در طی دوره آماری 51 ساله، از سال 1951 تا 2001 میلادی در این منطقه، 139 دوره خشک با تداوم در 68 درصد اوقات، 67 دوره مرطوب با تداوم در 25 درصد و 24 دوره نرمال با تداوم در 8 درصد اوقات بوقوع پیوسته است. ضمنا طولانی ترین خشکسالی منطقه با 61 ماه تداوم، از تاریخ 2/1977 شروع و تا مورخ 2/1982 ادامه داشته که این خشکسالی بیش از 5 سال در منطقه حاکم بوده است.

امروزه توسعه پایدار منابع آب از اهمیت ویژه ای برخوردار است، لذا صرفه جویی در مصرف آب آبیاری از طریق محرک های اقتصادی (محاسبه ارزش اقتصادی آب) به عنوان عامل انگیزشی و اقتصادی مورد توجه می باشد. اهداف این تحقیق تعیین الگوی کشت بهینه (برای حداکثر کردن درآمد کشاورزان) و محاسبه قیمت سایه ای آب در شرایط مخاطره در منطقه مورد مطالعه است، بدین منظوراز تلفیق دو روش برنامه ریزی ریاضی تحت ریسک موتاد- هدف و روش ارزش مانده استفاده شد. داده های مورد نیاز این مطالعه از 148 مزرعه در سال89-1388جمع آوری گردید. نتایج این تحقیق بیانگر این است که، الگوی کشت بهینه منطقه، تناوب های اول (گندم، سیب زمینی، پنبه، هندوانه و آفتابگردان) با سطح زیر کشت 148/8226 هکتار و تناوب چهار (جو، هندوانه، ذرت، پنبه و آفتابگردان) با سطح زیر کشت 587/3545 هکتار به صورت همزمان است و قیمت سایه ای آب به ازای هر متر مکعب، 944 ریال است، که میزان افزایش در درآمد خالص به علت افزایش یک واحد نهاده آب را در منطقه نشان می دهد.

برای تدوین برنامه آبیاری مناسب و اعمال مدیریت بهینه مصرف آب تعیین ضریب گیاهی بر مبنای مراحل مختلف رشد ضروری است. ضرایب گیاهی بر اساس مراجع آبیاری برای چهار مرحله رشد (مراحل اولیه، توسعه، میانی و پایانی) ارائه می گردد. ضرایب گیاهی مراحل رشد برخی از گیاهان را سازمان خوارو بار و کشاورزی (FAO) ارائه نموده است، اما مقادیر ضرایب گیاهی سیاه دانه تا کنون ارائه نشده است. به منظور تعیین ضرایب گیاهی سیاه دانه آزمایشی به مدت دو سال (89-1388 و90-1389) در ایستگاه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه رازی کرمانشاه با استفاده از لایسیمترهای زهکش دار اجرا گردید. در این تحقیق مقدار نیاز آبی سیاه دانه با استفاده از روش بیلان آبی محاسبه شد. سپس مقدار تبخیر- تعرق مرجع با استفاده از روش پنمن- مانتیث- فائو محاسبه، و در نهایت طی دو سال آزمایش مقدار ضرایب گیاهی برای سیاه انه در مراحل رشد اولیه، توسعه، میانی و پایانی به ترتیب برابر 59/0، 91/0، 29/1 و 78/0 به دست آمد.

تامین غذای جمعیت رو به رشد جهان نیازمند افزایش تولید محصولات کشاورزی می باشد. نیترات از جمله اساسی ترین عناصر مورد نیاز برای رشد و تولید محصولات زراعی و باغی است. از سوی دیگر مصرف بی رویه کودهای شیمیایی باعث بالارفتن غلظت نیترات در منابع آب های سطحی و زیرزمینی شده که مشکلات عدیده ای را همچون مرگ دریاچه و بیماری متاهموگلوبینما را بدنبال خواهد داشت. این تحقیق که در کرج و در مزرعه آموزشی-پژوهشی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران انجام گرفته است. زه آبهای خروجی به زیر منطقه ریشه بوسیله زه کش های نقطه ای جمع آوری شده و غلظت نیتروژن نیتراتی (NO3-N) در آنها توسط روش اسپکتوفتومتری در آزمایشگاه کیفیت آب تعیین گردیده است. غلظت نیترات زه آب ها از 15/0 تا 283 میلی گرم در لیتر تغییر می نماید. این تحقیق با هدف شناسایی عوامل موثر بر بالابودن غلظت نیترات آبشویی شده به زیر منطقه ریشه و همچنین ارائه راهکارهای مناسب برای کاهش میزان آبشویی نیترات و حفظ کیفیت سفره آب زیرزمینی کرج انجام گرفته است. لذا سامانه اطلاعات جغرافیایی برای نمایش روند تغییرات مکانی و زمانی آبشویی نیترات و همچنین مدل کامپیوتری NLEAP پس از کالیبراسیون جهت بررسی وضعیت سفره آب زیرزمینی تحت تاثیر اجرای سناریوهای مختلف مدیریت زراعی مورد استفاده قرار گرفتند. در نهایت دستیابی به بهترین وضعیت کیفی سفره آب زیرزمینی در کنار برداشت حداکثر محصول زراعی در مدیریت توامان آبیاری و کوددهی و کاربرد روش های نوین آبیاری در سطح مزارع بدست آمد.

به منظور مطالعه اثرات سطوح مختلف شوری بر روی برخی از مکانیسم های فیزیولوژیکی گندم، آزمایشی در دو سال زراعی 88-87 و 89-88 در مزرعه تحقیقات شوری، دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد اجرا شد. این مطالعه به صورت آزمایش اسپلیت فاکتوریل و در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با سه تکرار طراحی گردید. تیمارهای مورد بررسی عبارت بودند از سه سطح شوری شاهد (آب آبیاری و بدون افزایش نمک با هدایت الکتریکی 3/1دسی زیمنس بر متر)، 5 و 10 دسی زیمنس بر متر به عنوان فاکتور اصلی، و دو رقم گندم حساس(طوس) و متحمل به شوری (بم) که به عنوان فاکتور فرعی در نظر گرفته شدند. نتایج تجزیه مرکب نشان داد که گیاهان در سال اول از میزان فتوسنتز، هدایت روزنه ای و کلروفیل بالاتری در مقایسه با سال دوم آزمایش برخوردار بودند. همچنین در سال دوم غلظت سدیم و پتاسیم به ترتیب بیشتر و کمتر از سال اول انجام آزمایش بود. در هر دو سال آزمایش در تیمار شوری ds.m-1 10، هدایت روزنه ای و فتوسنتز و مقدار تجمع یون پتاسیم در اندام هوایی هر دو رقم نسبت به شاهد کاهش معنی داری در سطح 1% نشان داد. همچنین میزان تجمع یون سدیم با افزایش شوری، افزایش یافت. نتایج نشان داد که سال و شوری تاثیر معنی داری بر عملکرد دانه و همه صفات مرتبط با آن داشتند. با افزایش شوری از سطح شاهد به 10 دسی زیمنس بر متر از عملکرد نهائی دانه ارقام بم و طوس در هر دو سال آزمایش کاسته شد،بطوریکه، درصد کاهش عملکرد دانه در ارقام بم و طوس در شوری 10 دسی زیمنس بر متر در مقایسه با شاهد به ترتیب 7و 9 درصد بود و در شرایط غیر شور هم عملکرد رقم بم بیشتر از رقم طوس بود. اثر متقابل رقم و شوری نشان داد که رقم بم به عنوان رقم مقاوم به شوری در تیمار شاهد و دو سطح شوری از میزان فتوسنتز و هدایت روزنه ای بیشتری در مقایسه با رقم حساس طوس برخوردار بود در این میان داشتن مقادیر بالاترK+ و نسبت K+/Na+ و همچنین کلروفیل و هدایت روزنه ای در رقم مقاوم بم با برتری عملکرد آن مطابقت داشت.

الگوریتم های فراابتکاری به عنوان روش های نوین در بهینه سازی مورد استفاده قرار میگیرند. در این تحقیق، از الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از روش های فراابتکاری در برنامه ریزی بهینه آبیاری برای سه کشت غالب منطقه قزوین شامل سه محصول گندم، جو و ذرت به منظور تقسیم بهینه مقدار آب محدود موجود استفاده شد. ابتدا، مقدار تبخیر-تعرق گندم، جو و ذرت با استفاده از روش پنمن- مانتیث، به ترتیب 2/494، 3/421 و 6/826 میلی متر برآورد شد. سپس، با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک و مشخص شدن متغیرهای مورد استفاده در بهینه سازی و فرموله کردن تابع هدف، بهینه سازی کارآیی مصرف آب انجام شد. بهینه سازی در دو شرایط آبیاری کامل و کم آبیاری انجام گرفت و نتایج نشان داد که با استفاده از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک و با در نظر گرفتن ضرایب حساسیت گیاهان به کم آبی در مراحل مختلف رشد، مقدار تبخیر-تعرق بهینه گندم، جو و ذرت به ترتیب 31/442، 47/392 و 64/622 میلیمتر برآورد شد. کارایی مصرف آب نسبی بهینه نیز برای این سه گیاه، به ترتیب 93/0، 94/0 و 05/1 برآورد شد. نتایج، مقادیر متفاوتی از میزان آب صرفه جویی شده با اعمال کم آبیاری بهینه را در سه محصول غالب این منطقه نشان می دهد. که با مدیریت و برنامه ریزی صحیح مقدار آب در دسترس، می توان افزایش راندمان شبکه آبیاری را انتظار داشت.

نفوذ یکی از پدیده های مهم در چرخه آبی است. با توجه به تغییرات زیاد رطوبت خاک، ارائه مدلی مناسب جهت تخمین صحیح نفوذ حائز اهمیت است. در این پژوهش، سرعت نفوذ و نفوذ تجمعی آب در خاک در سه کاربری کشاورزی، مرتع و باغ در شهرستان نیشابور واقع در خراسان رضوی اندازه گیری شد. اندازه گیری نفوذ در هر کاربری به روش تک حلقه در 5 نقطه با سه تکرار انجام شد. همچنین مدل های فیلیپ، کوستیاکوف، کوستیاکوف-لوییز، هورتون وسازمان حفاظت خاک آمریکا (SCS) برای تخمین نفوذ آب در خاک به کار گرفته شدند. جهت انتخاب مدل مناسب معیارهای سنجش خطا شاملRMSE (ریشه میانگین مربعات خطا) و R2(ضریب تبیین) برای هر مدل تعیین شد. نتایج نشان داد که در کاربری کشاورزی دقت مدل های هورتون، کوستیاکوف و کوستیاکوف - لوییس در برآورد سرعت نفوذ و نفوذ تجمعی بالا بود. در کاربری های مرتع و باغ، مدل های کوستیاکوف و فیلیپ به ترتیب، دارای بیشترین وکمترین دقت برای برآورد نفوذ آب در خاک بودند.

این آزمایش به منظور تعیین مناسب ترین دور و میزان آب آبیاری گندم رقم پیشتاز و تعیین کارائی مصرف آب آبیاری در دشت جعفرآباد قم اجرا شد. آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با چهار تیمار آبیاری شامل شاهد (عرف منطقه)، آبیاری پس از رسیدن رطوبت خاک به 70%، 50% و 30% ظرفیت زراعی انجام شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد، اثر تیمار آب آبیاری در صفات طول خوشه، تعداد دانه در خوشه، وزن هزار دانه، عملکرد دانه وکارایی مصرف آب بر اساس عملکرد دانه در سطح احتمال 5% و همچنین اثر تیمار در صفات ارتفاع بوته، شاخص برداشت و کارایی مصرف آب براساس تولید کاه در سطح احتمال 1% معنی دار بود. نتایج مقایسه میانگین صفات در تیمارهای مختلف به روش دانکن نشان داد که تیمارهای شاهد و آبیاری پس از رسیدن رطوبت خاک به 70%، از نظر صفات ارتفاع بوته، تعداد دانه در خوشه و عملکرد دانه اختلاف معنی داری در سطح احتمال 5% نداشت ولی بالاتر از دو تیمار دیگر قرار گرفت. کمترین میزان کارایی مصرف آب در تیمار آبیاری پس از کاهش30% رطوبت خاک برابر66/0 و بیشترین آن در آبیاری پس از کاهش50% رطوبت خاک و برابر 81/0 کیلوگرم دانه به ازای هر متر مکعب آب آبیاری حاصل شد. تیمار آبیاری پس از کاهش50% رطوبت خاک با 5645 مترمکعب آب در هکتار و تولید 4605 کیلوگرم دانه و 11247 کیلوگرم عملکرد کل در هکتار تیمار مناسبی بود.