عباس خاشعی سیوکی
-
پیشرفت های اخیر در فناوری اطلاعات و ارتباطات و اینترنت اشیاء، فرصت های جدیدی را برای نظارت و کنترل به روز زیرساخت های کشاورزی فراهم نموده اند. در این زمینه، فناوری مدیریت هوشمند آب آبیاری، داده ها و ابزارهایی را برای کمک به کاربران برای صرفه جویی در مصرف آب ایجاد کرده است. این تحقیق به بررسی نقش اینترنت اشیا در بهبود مدیریت منابع آب اختصاص دارد. پیشرفت های قابل توجه در فناوری نیم رساناها و تنوع در حسگرها و دستگاه های هوشمند، امکان جمع آوری دقیق بسیاری از داده ها را در راستای بهینه سازی مصرف آب و مدیریت منابع فراهم کرده است. حسگرهای فراصوتی و جریان آب، به همراه شتاب سنج ها جهت تشخیص نشت، در این سامانه ها نقش اساسی دارند. از نظر کنترل و اتصال، پلتفرم های نرم افزاری متن باز مانند Arduino و Raspberry Pi گزینه های محبوب برای واحدهای کنترل به شمار می روند. همچنین برای ذخیره سازی و پردازش بهینه داده ها از پلتفرم های ابری استفاده می گردد. این تحقیق نشان می دهد استفاده از اینترنت اشیا به عنوان یک راهکار نوین و هوشمند، قابلیت بهبود مدیریت و بهره وری منابع آب را افزایش می دهد. با این حال، چالش های متعددی ازجمله هزینه و مصرف انرژی، حفظ حریم شخصی و امنیت داده ها و محدودیت های ارتباطات بی سیم، نیازمند بهینه سازی و توسعه بیشتر این سامانه ها را به شکلی جدی مطرح می سازند. این پژوهش به عنوان یک پایه اساسی برای تحقیقات دانشگاهی و صنعتی در زمینه بهینه سازی سامانه های مدیریت آب در کشاورزی با استفاده از فناوری اینترنت اشیا می باشد.
کلید واژگان: هوش مصنوعی, سامانه های کنترلی, سنسورها, فناوری اطلاعات و ارتباطات, مدیریت منابع آبRecent advancements in information and communication technology (ICT) and the Internet of Things (IoT) have created new opportunities for real-time monitoring and control of agricultural infrastructures. In this context, smart irrigation water management technology provides data and tools to assist users conserve water. This research focuses on the role of IoT in improving water resource management. Significant advancements in semiconductor technology and the diversity in sensors and smart devices have enabled the precise collection of extensive data to optimize water usage and manage resources effectively. Ultrasonic and water flow sensors, along with accelerometers for leak detection, play a crucial role in these systems. For control and connectivity, open-source software platforms like Arduino and Raspberry Pi are popular options for control units, Additionally, cloud platforms are utilized for efficient data storage and processing. This study demonstrates that IoT as an innovative and intelligent solution, enhances the potential for improved water resource management and efficiency. However, multiple challenges, including cost, energy consumption, data privacy and security, and wireless communications limitations, highlight the need for further optimization and development of these systems. This research serves as a foundational basis for academic and industrial investigations in optimizing water management systems in agriculture through IoT technology
Keywords: Artificial Intelligence, Control Systems, Information, Communications Technologies, Sensors, Water Resources Management -
امروزه بحران آب از نگرانی های بسیار جدی در جهان به شمار می رود و به همین جهت صرفه جویی در مقدار آب مصرفی در کشاورزی که بیش ترین تلفات آب را می تواند داشته باشد، امری ضروری است. با تحقیق روی راندمان آبیاری سطحی و ارائه راه حل های مناسب می توان باعث کاهش تلفات ناشی از آبیاری و در پی آن افزایش راندمان آبیاری شیاری شد. به این منظور از مدل SIRMOD که توانایی شبیه سازی هیدرولیک آبیاری سطحی را دارد جهت به دست آوردن ضریبی تحت عنوان CR (نسبت زمان قطع جریان به زمان پیشروی) استفاده شد و در پی آن نمودار هایی بر اساس بافت خاک، دبی، طول مزرعه و ضریب CR به دست آمد که می توان از آن ها جهت بهبود و سهولت طراحی سامانه های آبیاری جویچه ای و افزایش بازده کارایی مصرف آب آبیاری، استفاده نمود. در این تحقیق ابتدا ارزیابی سیسستم آبیاری ردیفی با سه نرخ جریان ورودی 5/0، 8/0 و 15/1 لیتر بر ثانیه در مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند صورت پذیرفت. سپس، برای اطمینان از درست بودن عملیات شبیه سازی و نتایج خروجی، مدل SIRMOD مورد واسنجی و صحت سنجی قرارگرفت. در ادامه با استفاده از مدل SIRMOD ضرایب CR بهینه برای سامانه آبیاری جویچه ای با چهار طول مختلف و خاک هایی با بافت لومی-شنی به دست آمد که نتایج حاصل از شبیه سازی آن ها برای نرخ ورودی جریان 5/0 لیتر بر ثانیه، شامل ضریب CR برابر 7/5 برای طول 100 متر، 47/4 برای طول 120 متر، 05/3 برای طول 150 متر و 25/1 برای طول 200 متر بودند. هم چنین، برای نرخ ورودی جریان برابر 8/0 لیتر بر ثانیه ضرایب CR بهینه برابر بودند با 95/5 برای طول 100 متر، 24/5 برای طول 120 متر، 19/4 برای طول 150 متر و 73/2 برای طول 200 متر و برای نرخ ورودی جریان مساوی با 15/1 لیتر بر ثانیه نیز ضرایب CR بهینه به ترتیب برای طول های 100، 120، 150 و 200 متر برابر با 9/5، 05/5، 5/4 و 58/3 بودند که در این بین بهترین راندمان کاربرد آب در مزرعه (57/92 درصد) مربوط به نرخ ورودی جریان 5/0 لیتر بر ثانیه و طول 200 متر، زمان قطع جریان 335 دقیقه و ضریب CR برابر 25/1 بود.
کلید واژگان: آبیاری شیاری, راندمان کاربرد آب, زمان قطع جریان, مدل های آبیاری سطحیIntroductionWater scarcity is an increasingly critical global issue, causing a rise in arid lands and highlighting the need to address wasteful water usage in agriculture. Population growth, climate change, industrialization, and human conflicts have exacerbated water shortages, particularly in arid and semi-arid regions. According to the Falcon Mark index and the United Nations, Iran is experiencing water stress and a severe water crisis, threatening food security, economic development, public health, and national security. With over 92% of water consumption attributed to the agricultural sector, efficient water usage and reducing irrigation system losses are paramount. This study focuses on improving furrow irrigation efficiency by investigating surface irrigation efficiency and providing appropriate solutions.
Materials and MethodsThe SIRMOD model, capable of simulating hydraulic surface irrigation, was employed to obtain the cut-off to Advance Time Ratio (CR) indicator. Diagrams based on soil texture, inflow rate, farm length, and the CR indicator were generated to enhance the design and efficiency of furrow irrigation systems. To ensure the accuracy of the simulation and results, the SIRMOD model was validated, and optimal CR indicators were determined for a furrow irrigation system with four different lengths and sandy-loam textured soils. A suitable field under the row irrigation system was selected, and the soil texture was determined using double-cylinder tests. Field operations included establishing forward and backward stations and smoothing the water path to prevent water from exiting the furrow. A pipe at the end of the furrow measured the output runoff using the volumetric method, and standard siphons were chosen to maintain the input flow rate. After turning on the siphons, advance and retreat times were recorded, and instantaneous runoff was estimated during irrigation. This process was repeated for three inflow rates: 0.5, 0.8, and 1.15 l s-1, with three repetitions for each rate l s-1.
Results and DiscussionThe advance times in the first, second, and third furrows were 44.22, 45, and 42.88 min, respectively, while the water recession times were 293.1, 290.73, and 292.7 min, respectively. The relatively high water speed in light-textured soils and the short water regression times indicated the light texture of the farm soil and validated the test results. For an inflow rate of 0.5 l s-1, measurements revealed that half of the water volume entered the furrow along its length, while the other half exited as runoff. Simulation results for an inflow rate of 0.5 l s-1 yielded CR values of 8.37 for a 100 m length, 6.99 for a 120 m length, 5.41 for a 150 m length, and 3.31 for a 200 m length. For an inflow rate of 0.8 l s-1, optimal CR indicators were 8.0, 7.25, 6.19, and 4.63 for lengths of 100, 120, 150, and 200 m, respectively. At an inflow rate of 1.15 l s-1, the optimal CR indicators for lengths of 100, 120, 150, and 200 m were estimated to be 7.42, 6.53, 6.11, and 5.06, respectively.
ConclusionThe study's findings highlight a significant breakthrough in optimizing water usage in agriculture, a sector heavily reliant on water resources. By meticulously experimenting with different inflow rates and furrow lengths, the highest water application efficiency was attained with a specific set of parameters. An inflow rate of 0.5 l s-1, coupled with a furrow length of 200 m, resulted in an impressive water application efficiency of 83%. This efficiency correlates with a cut-off to advance time ratio (CR) value of 3.31, indicating a well-balanced water distribution system. The implications of this discovery are far-reaching, especially in regions facing water scarcity and agricultural challenges. By implementing these optimized settings, farmers can maximize their water usage while minimizing waste. This not only ensures the efficient utilization of a precious resource but also contributes to sustainable agricultural practices. Furthermore, the consistency in results, achieved through the SIRMOD model's validation, underscores the reliability of these findings, providing a solid foundation for future irrigation system designs and improvements. The expanded text emphasizes the significance of the study's findings, highlighting the efficient water usage and its potential impact on sustainable agriculture, especially in water-scarce regions. It also underscores the reliability of the results through the model's validation, providing confidence in the optimized settings for furrow irrigation systems. The best water application efficiency in the farm, 83%, was associated with the inflow rate of 0.5 l s-1 and the length of 200 m, and the CR equaled 3.31.
Keywords: Application Efficiency, Cut-Off Time, Flow Interruption Time, Furrow Irrigation, Surface Irrigation Models, Water Use Efficiency -
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال سوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار و تابستان 1403)، صص 141 -157هدف
با توجه به سمیت فلزات، عوارض جانبی آن ها ممکن است به هر دو ارگانیسم خاک، گیاهان و موجودات زنده آسیب جدی وارد کند. بسیاری از روش های مرسوم برای آلودگی زدایی از خاک دارای مشکلات و محدودیت هایی هستند. روش الکتروسینتیک یک روش نوآورانه برای اصلاح خاک های آلوده به فلزات سنگین است که کارایی بالایی نسبت به سایر روش های موجود دارد.
مواد و روش هادر این تحقیق به بررسی حذف کروم (VI) از خاک حاوی نیترات پرداخته شد، ابتدا خاک به طور مصنوعی در غلظت 250 میلیگرم بر کیلوگرم به دیکرومات پتاسیم آلوده شد. و همچنین به منظور بررسی تاثیر نیترات بر حذف کروم خاک به نیترات کلسیم نیز آغشته شد.
یافته هابا انجام آزمایشات الکتروسینتیک مشخص شد که با افزایش گرادیان الکتریکی وارد شده به خاک جریان عبوری بین الکترودها افزایش یافته که به دنبال آن انتقال یون ها نیز تحت تاثیر پدیده مهاجرت یونی و الکترواسمز افزایش می یابد که نتایج نشان از افزایش راندمان حذف از 68/99 درصد به 80/99 درصد می دهد. همچنین استفاده از عامل کمپلس ساز EDTA نسبت به آب مقطر سبب افزایش راندمان حذف از 71/99درصد به 92/99 درصد شد. در نتیجه استفاده از الکترولیت EDTA و افزایش ولتاژ سبب افزایش راندمان حذف می شود.
نتیجه گیرینتایج آزمایشات نشان داد که استفاده از روش الکتروسینتیک اثر معنی داری بر حذف کروم (VI) از خاک حاوی نیترات دارد.
کلید واژگان: فلز سنگین, اتیلن دی آمین تترا استیک اسید, الکتروسینتیک, نیترات, دی کرومات پتاسیمJournal of New Approaches in Water Engineering and Environment, Volume:3 Issue: 1, 2024, PP 141 -157ObjectiveDue to the toxicity of metals, their side effects may cause serious damage to soil organisms, plants and living organisms. Many conventional methods for cleaning pollution from soil have problems and limitations. The electro kinetic method is a relatively new method for remediating soils contaminated with heavy metals, which has a high efficiency in removing heavy metals from the soil compared to other existing methods.
MethodsIn this research, the removal of chromium (VI) from nitrate-containing soil has been investigated. At first, the soil was artificially contaminated with potassium dichromate at a concentration of 250 mg/kg, and then in order to investigate the effect of nitrate on the removal of chromium. The soil was also impregnated with calcium nitrate.
ResultsBy conducting electrokinetic experiments, it was found that with the increase of the electric current introduced into the soil, the electric gradient passing between the electrodes increased, as a result of which the transfer of ions also increased under the influence of the phenomenon of ion migration and electroosmosis. The percentage gives 98.28%. Also, the use of EDTA complexing agent compared to distilled water increases the efficiency of the method from 95.57% to 97.80%. As a result, the use of EDTA electrolyte and increasing the voltage increases the removal efficiency.
ConclusionsResults revealed experiments showed that the use of the electrokinetic method has a negligible effect on the removal of chromium (VI) from soil containing nitrate.
Keywords: Heavy Metal, Ethylene Diamine Tetraacetic Acid, Electrokinetic, Nitrate, Potassium Dichromate -
نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط زیست، سال سوم شماره 1 (پیاپی 5، بهار و تابستان 1403)، صص 36 -54بهره برداری بهینه از مخازن چندمنظوره یکی از مسائل پیچیده و غیرخطی، در بهینه سازی چندهدفه است. محدودیت منابع آب و توزیع غیریکنواخت آن، لزوم مدیریت و بهره برداری بهینه از منابع را ممکن ساخته است. الگوریتم های فرا ابتکاری ابزار بهینه سازی مناسبی هستند لذا در این تحقیق الگوریتم های چرخه آب، گرگ خاکستری و ترکیب این دو در حالت های تک هدفه و چندهدفه به منظور بهینه سازی مدل بهره برداری سدهای لتیان و دز مورد بررسی و مقایسه قرار گرفتند. در حالت تک هدفه الگوریتم های چرخه آب، گرگ خاکستری و ترکیبی، پس از بررسی کارآمدی آن ها توسط 8 تابع محک استاندارد، در حل مسئله بهره برداری بهینه از سیستم مخزن لتیان استفاده شد. همچنین عملکرد آن ها با استفاده از شاخص های عملکرد مخزن بررسی و در حالت بهره برداری چندهدفه ابتدا الگوریتم های چندهدفه چرخه آب، گرگ خاکستری و ترکیبی توسط توابع ZDT مورد سنجش قرار گرفت، و پس از صحت سنجی مدل بهره برداری چندهدفه سد دز بر اساس الگوریتم های فوق الذکر توسعه داده شد و جبهه پارتو حاصل از هر کدام بررسی شد. نتایج نشان داد که الگوریتم ترکیبی، تقریبا در تمامی توابع از هر دو الگوریتم چرخه آب و گرگ خاکستری جواب بهتری را ارائه می دهد. با توجه به نتایج به دست آمده از مدل بهره برداری سد لتیان الگوریتم ترکیبی با مقدار تابع هدف 011/0، تامین 57/98 درصد از نیازهای پایین دست، میزان کل کمبودها 43/1 درصد و با شاخص پایداری 97% و ارائه منحنی همگرایی و رهاسازی مناسب تر نسبت به دو الگوریتم چرخه آب و گرگ خاکستری عملکرد بهتری داشته است.کلید واژگان: بهینه سازی, تابع هدف, جبهه پارتو, رهاسازیThe optimal operation of a multi-purpose reservoir is one of the complex and non-linear problems in multi-objective optimization. The limit of water resources and its non-uniform distribution have made the optimal management and utilization of water resources metaheuristic algorithms are suitable optimization methods, so in this study, water cycle algorithms, The gray wolf algorithms, and a combination of these two algorithms were studied in single-objective and multi-objective and compared to find the optimize operation model of Latian and Dez dams. After examining the effectiveness of the single-objective mode of water cycle algorithms, gray wolf, and combination mode using 8 standard benchmark functions and these algorithms were measured by ZDT functions, they were used to solve the problem of optimal operation in the Latian reservoir system. Also, the performance of the algorithms was evaluated using the performance indicators of the reservoir, and these algorithms were assessed using ZDT functions. The results showed that the hybrid algorithm provides a better answer in almost all functions of both the water cycle algorithm and the gray wolf. According to the results obtained from the operation model of Latian Dam, the hybrid algorithm with the value of the objective function of 0.011, provides 98.57% of the downstream needs, the total amount of deficiencies is 1.43%, and with the stability index of 97% and presents the convergence and release curve. It performed better than the two water cycle algorithms and the gray wolf.Keywords: Optimization, The Objective Function, Pareto Front, Release
-
توجه به حجم گسترده کاربرد فاضلاب شهری و خانگی در اراضی زراعی و کشاورزی حواشی شهرهای بزرگ کشور، امروزه تحقیقات منطقه ای در این زمینه و مشاهده اثرات مختلف آبیاری با فاضلاب از اهمیت به سزایی برخوردار است. در این تحقیق به بررسی اثر پساب خروجی تصفیه خانه فاضلاب بیرجند بر نفوذپذیری خاک پرداخته شد. در گام اول خاک ها با بافت تقریبا یکسان و با خصوصیات 1- زمینی که 8 سال با پساب تصفیه خانه بیرجند آبیاری شده اند و 2- زمینی با همان بافت که تا کنون با پساب آبیاری نشده اند، نفوذپذیری آن ها را با آب شرب و استفاده از روش استوانه مضاعف اندازه گیری شد، همچنین جهت رسیدن به نتایج بهتر زمین شماره 2 را چند نوبت با پساب آبیاری گردید و مجددا بر روی آن آزمایش نفوذپذیری انجام شده و میزان نفوذپذیری در هر مورد بررسی قرار گرفت. سپس مقایسه میزان نفوذپذیری برای سه نمونه خاک صورت گرفته است. آبیاری با پساب بر نفوذپذیری زمین تاثیر گذاشته و باعث کاهش سرعت نفوذپذیری گردیده به طوری که سرعت نهایی نفوذ در زمینی که 8 سال با پساب آبیاری گردیده به میزان 60 درصد نسبت به زمینی با همان مشخصات که تا کنون با پساب آبیاری نشده کاهش داشته است. همچنین زمینی که تا کنون با پساب آبیاری نگردیده بود پس از 4 مرحله آبیاری به فواصل 10 روز، با کاهش نفوذپذیری به میزان 11 درصد مواجه گردیده و هرچه زمین زمان بیشتری با پساب آبیاری شود باعث کاهش نفوذپذیری خاک خواهد شد.کلید واژگان: آبیاری با پساب, آزمایش نفوذپذیری, استوانه مضاعف, خاکDue to the large volume of municipal and domestic wastewater application in agricultural and agricultural lands on the outskirts of big cities of the country, today, regional research in this field and observing the different effects of irrigation with wastewater is of great importance. In this research, the effect of effluent from the Birjand wastewater treatment plant on soil permeability was investigated. In the first step, soils with almost the same texture and with the characteristics of 1- land that has been irrigated for 8 years with the effluent of Birjand treatment plant and 2- land with the same texture that has not been irrigated with sewage until now, their permeability with potable water and using the method The double cylinder was measured, and to achieve better results, plot number 2 was irrigated several times with wastewater, and the permeability test was performed on it again, and the permeability rate was checked in each case. Then, the permeability of three soil samples has been compared. Irrigation with wastewater has affected the permeability of the land and caused a decrease in the rate of permeability so that the final rate of infiltration in the land that has been irrigated with wastewater for 8 years has decreased by 60% compared to the land with the same characteristics that have not been irrigated with wastewater. Also, the land that has not been irrigated with wastewater until now, after 4 stages of irrigation at intervals of 10 days, has a decrease in permeability by 11%, and the more time the land is irrigated with wastewater, it will decrease the permeability of the soil.Keywords: Irrigation With Wastewater, Double Cylinder, Permeability. Soil
-
زعفران (Crocus sativus L.) یکی از محبوب ترین گیاهان سنتی و گران ترین ادویه جهان است. تولید جهانی زعفران 418 تن در سال، در 121338 هکتار برآورد شده است. این ادویه به دلیل داشتن سه ترکیب فعال زیستی اصلی: کروسین، پیکروکروسین و سافرانال برای سلامتی انسان مفید است. در سال های اخیر علاوه بر تحقیقات متعدد پیرامون اثرات متعدد دارویی، با توجه به کاهش تولید آن، پژوهش ها پیرامون عوامل موثر بر تولید زعفران افزایش یافته است. درنتیجه، انجام یک تحلیل بیبلیومتریک از انتشارات مذکور، این پتانسیل را دارد که بینش هایی در زمینه های مورد علاقه فعلی و روندهای بالقوه برای تحقیقات آینده به دست دهد. هدف از این پژوهش، آشکارسازی موضوعات پژوهشی حوزه زعفران در پایگاه WoS طی بازه زمانی 2000 تا 2023 است که با بهره مندی از فنون علم سنجی انجام شد. جامعه پژوهش حاضر شامل 3936 مقاله است. تحلیل داده ها و ترسیم ساختار فکری دانش نیز با استفاده از نرم افزارهای مجموعه R Biblioshiny و VOSviewer انجام شد. نشریه Acta Horticulturae با 216 سند منتشرشده، در انتشارات برای تحقیقات زعفران محبوب ترین بودند، درحالی که نشریه Chemistry انجمن شیمی امریکا بیشترین استناد را داشت. تجزیه و تحلیل علم سنجی، مولدترین کشورها را مشخص کرد و ایران با 1015 انتشارات تک کشوری (SCP)، 155 انتشارات چند کشوری (MCP) و بالاترین فراوانی 297/0 در صدر قرار داشت. بر اساس پژوهش حاضر، موضوعات تحقیقاتی پیرامون زعفران که اخیرا بیش از پیش روند شده و می تواند به عنوان مبنایی برای تحقیقات نویسندگان قرار گیرد، شامل آنتی اکسیدان، آزمایش دوسوکور (پزشکی)، تنش اکسیداتیو، التهاب، دیابت نوع 2، اختلال افسردگی اساسی (ماژور)، آلفا آمیلاز، اسیدهای چرب می باشند. این مطالعه پیوند همکاری ها و پیشرفت های علمی و روندهای همکاری علمی را برجسته می کند و به عنوان مدلی برای نشان دادن جهت های تحقیقاتی نوظهور در حوزه زعفران عمل می کند.کلید واژگان: بیبلیومتریک, تحقیقات نوظهور, مدیریت دانش, نقشه همکاریSaffron, is one of the most popular traditional herbs and the most expensive spice in the world. Global production of saffron is estimated at 418 tons per year on 121,338 hectares. This spice is beneficial for human health due to having three main bioactive compounds: crocin, picrocrocin and safranal. In recent years, in addition to numerous researches on various medicinal effects, due to the decrease in its production, researches on factors affecting saffron production have increased. Consequently, conducting a bibliometric analysis of publications has the potential to provide insights into current areas of interest and potential trends for future research. The purpose of this research is to reveal the research topics of the saffron field in the WoS database during the period from 2000 to 2023, which was done with the benefit of scientometric techniques. The current research community includes 3936 articles. Data analysis and drawing of the intellectual structure of knowledge was also done using R Biblioshiny and VOSviewer software. Acta Horticulturae was the most popular journal for saffron research with 216 published articles, while the American Chemical Society's Chemistry journal was the most cited. The scientometric analysis identified the most productive countries and Iran was at the top with 1015 single country publications (SCP), 155 multi-country publications (MCP) and the highest frequency of 0.297. According to the current research, the research topics related to saffron that have recently become more advanced and can be used as a basis for the authors' research include antioxidant, double-blind testing (medical), oxidative stress, inflammation, type 2 diabetes, major depressive disorder, alpha amylase, are fatty acids. This study highlights the link between collaborations and scientific developments and trends in scientific collaboration and serves as a model to show emerging research directions in the field of saffron.Keywords: Bibliometrix, Coupling Map, Emerging Research, Knowledge Management
-
زعفران گیاه ارزشمندی است که در سیکل زندگی خود، عموما با تنش کم آبی روبرو است. از این رو، به منظور بررسی اثر پرایمینگ پیاز زعفران بر خصوصیات بنه و فیزیولوژیک این محصول تحت شرایط تنش خشکی، آزمایشی بصورت اسپلیت پلات در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار به اجرا در آمد. تیمارهای آزمایش شامل دو سطح آبیاری بر اساس 70 و 50 درصد ظرفیت زراعی به عنوان کرت اصلی و شش -تیمار پرایمینگ بنه شامل عدم پرایمینگ (شاهد)، نیترات پتاسیم، اکسین، جیبرلین، نانو ذره دی اکسید سیلیسم و هیدروپرایمینگ به عنوان کرت فرعی بودند. نتایج نشان داد که افزایش شدت تنش خشکی از 70 به 50 درصد ظرفیت مزرعه، به ترتیب باعث افزایش 5/38، 1/59 و 3/57 درصدی در مقدار کلروفیل a، کلروفیل b و کاروتنوئیدها و کاهش 6/32 و 20 درصدی به ترتیب در نسبت کلروفیل a/b و میزان پروتئین گردید. پرایمینگ پیاز مادری با دو هورمون اکسین و جیبرلین، بطور معنی داری میزان پروتئین را افزایش داد و بیشترین وزن بنه دختری در سطح تیماری هورمون جیبرلین، به میزان 72/3 گرم در بوته مشاهده شد. دو سطح تیماری هورمون جیبرلین و اکسین، در شرایط تنش خشکی ملایم، بطور معنی داری بیشترین تعداد بنه دختری را از خود نشان دادند و هورمون جیبرلین، در شرایط تنش خشکی ملایم، بطور معنی-داری بیشترین قطر بنه دختری، به میزان 28 میلیمتر را به خود اختصاص داد. در مجموع پرایمینگ پیاز زعفران با دو هورمون جیبرلین و اکسین جهت بهبود صفات فیزیولوژیک و خصوصیات بنه خصوصا در شرایط وقوع تنش خشکی توصیه می گردد.
کلید واژگان: اکسین, جیبرلین, بنه, ظرفیت مزرعهSaffron is a valuable plant that generally faces water stress in its life cycle. Therefore, in order to investigate the effect of corm priming of saffron on physiological and corm characteristics of this product under drought stress conditions, a split plot experiment was carried out in a randomized complete block design with three replications. The experimental treatments included two levels of irrigation based on 70 and 50% of field capacity as a main plot and six corm priming treatments including no priming (control), potassium nitrate, auxin, gibberellin, silicon dioxide nanoparticles, and hydro-priming as sub plot. The results showed that the increase of intensity in drought stress from 70 to 50% of field capacity caused an increase of 38.5%, 59.1% and 57.3% in the amount of chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids, respectively, and a decrease of 32.6% and 20% to the ratio of chlorophyll a/b and the amount of protein respectively. Priming of mother corn with two hormones of auxin and gibberellin, significantly increased the amount of protein and the highest weight of daughter corm was observed at gibberellin hormone treatment at the rate of 3.72 grams per plant. The two treatment levels of gibberellin and auxin hormones, under conditions of medium drought stress, significantly showed the highest number of daughter corms and gibberellin hormone, under medium drought stress conditions, significantly increased the diameter of daughter corm at the rate of 28 mm. In generally, corm priming of saffron with two hormones of gibberellin and auxin, is recommended to improve the physiological traits and tuber characteristics, especially in the conditions of drought stress.
Keywords: Auxin, Gibberellin, Corm, Field Capacity -
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-کوریIntroductionThe 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 MethodsAt 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 DiscussionThe 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.
ConclusionIt 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 -
ایران به عنوان یکی از کشورهای واقع درکمربند خشک کره زمین بوده و کمبود آب یکی از مشکلات اساسی در این مناطق به ویژه در بخش کشاورزی می باشد. تنش آبی گیاهان یکی از روش های صرفه جویی در مصرف آب است و یکی از راه های کاهش بحران آب، مدیریت آب در تامین نیاز آبی گیاهان زراعی می باشد. از این رو ارقامی از گیاهان زراعی را باید انتخاب کرد که تحت تنش آبی تحمل بیشتری داشته باشند و محصول کمتر کاهش پیدا کند. یکی از راه های افزایش بهره وری از آب، نگه داشتن میزان تولید محصول در سطح کنونی توام با کاهش آب مصرفی است.بیوچار از سوختن توده های زیستی با حداقل و یا عدم حضور اکسیژن تولید می شود، این فرآیند متفاوت از سوختن واقعی می باشد. در سوختن واقعی، مقدار زیادی از اکسیژن برای اکسیداسیون کامل کربن به Co2 در زیست توده فراهم است. بنابراین عملا تمام کربن زیست توده به Co2 تبدیل می شود و تنها خاکستر و مقدار کمی از کربن باقی می ماند. محدود کردن دسترسی به اکسیژن منجر به تثبیت بیشتر کربن در زیست توده می شود، با این حال راندمان تولید کربن معمولا 50 درصد یا کمتر می باشد. استفاده از بیوچار به دلیل توانایی بالا یکی از راه هایی است که مورد توجه قرار گرفته است. این آزمایش در گلخانه ای واقع در 100 کیلومتری بیرجند (روستای میریک) با طول جغرافیایی 33 درجه و 24 دقیقه شمالی و 59 درجه و 29 دقیقه شرقی انجام شد. جهت بررسی اثر مصرف مقادیر مختلف بیوچار و تنش خشکی بر میزان رشد عملکرد خیار گلخانه ای آزمایشی به شکل اسپلیت پلات با دو عامل مقادیر مختلف کاربرد بیوچار B در چهار سطح و تنش خشکی Iدر سه سطح در قالب طرح کامل تصادفی در سه تکرار بصورت پشته ای و جمعا در 36 کرت به طول 80 و عرض 40 سانتی متر انجام گرفت.تیمار های آزمایشی شامل بیوچار در چهار سطح (0، 4،2و 6 گرم در هر کیلوگرم خاک) و تنش آبی در سه سطح(100،75 ،50 درصد نیاز آبی) بودند. نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار روی شاخص های قطر خیار با متوسط قطر 07/ 3 میلیمتر، قطر ساقه با متوسط قطر 85/9 میلیمتر، ارتفاع بوته با متوسط ارتفاع 165 سانتی متر، ارتفاع خیار با متوسط ارتفاع 9/16 سانتی متر، کارایی مصرف آب با متوسط 2/2 کیلوگرم بر مترمکعب، تعداد برگ با متوسط تعداد 45 و وزن خیار با متوسط وزن 58/4 تن در هکتار در سطح یک درصد تاثیر معنی دار داشته است. اثرمتقابل تنش آبی و بیوچار بر شاخص های کارایی مصرف آب، وزن خیار و ارتفاع خیار در سطح یک درصد و بر شاخص های قطرخیار و قطرساقه در سطح پنج درصد معنی دار بوده ولی بر شاخص های تعداد برگ و ارتفاع بوته اثر معنی داری نداشته است بنابراین نتایج نشان میدهد افزودن بیوچار در خاک در رشد گیاه اثر مثبتی خواهد داشت و میتوان مقاومت گیاه را در برابر تنش آبی افزایش داد و بیشترین عملکرد را از گیاه خیار شاهد بود.
کلید واژگان: صلاح خاک, تنش خشکی, زغال زیستی, شاخص های رشد گیاه, کارایی مصرف آبreenhouse conditions, the use of biochar on yield and yield components of cucumber and to determine the effect of water stress and biochar on cucumber yield components in Birjand region. Application of biochar in soil increases the yield of cucumber (Cucumis sativus) of Storm cultivar and the combined effect of water stress and biochar modulates the effect of water stress on reducing crop yield.
MethodsDue to the conditions in the greenhouse and the type of cultivation (stacks), this study was selected as a factorial in a randomized complete block design with three dehydration treatments and four biochar treatments. Drought stress has three levels of 100, 75, 50% water requirement. And biochar levels of zero, 2, 4, 6 grams per kilogram of soil are selected The type of cultivation is in the form of a stack or a stack in which a stack is selected and divided into equal plots. Based on the number of treatments and replications selected, 36 plots are required, each plot being 80 cm long and 40 cm wide. After preparing a suitable culture medium, two seeds were planted in each plot with a distance of 2 cm because if the seed did not germinate or was destroyed, another one could be used as an alternative. Then, all plots were irrigated automatically until the plants became four-leafed, and pest control operations were carried out equally and equally among all plots.
ResultsThe results show that biochar had a significant effect on cucumber height, cucumber diameter, cucumber weight, plant height, number of leaves and stem diameter at 1% level. It can be seen that water stress at the level of 1% had a significant effect on cucumber height, cucumber weight, number of leaves and stem diameter. But its effect on cucumber diameter index and plant height was not significant. In this experiment, the interaction effect of biochar and water stress at 1% level had a significant effect on cucumber height and cucumber weight and at 5% level on cucumber diameter and stem diameter, but its effect on plant height and number of leaves was not significant.
ConclusionsDrought stress was significant on cucumber height, cucumber weight, number of leaves and stem diameter at 1% level and had no effect on cucumber diameter and plant height indices. • The best performance in plant height, cucumber weight, number of leaves and stem diameter at I100 level. Consumption of 6 grams of biochar per kilogram of soil at the level of water stress, 100% water requirement had the highest yield on growth indices (cucumber height, cucumber weight) and at the level of 5% on stem diameter and cucumber diameter indices. The use of biochar on the indices of stem diameter, cucumber diameter, cucumber weight, cucumber height, number of leaves and plant height was positive and significant and the use of 6 g of biochar per kg of soil in all indicators has the highest yield for cucumber plant. The interaction effect of water stress and biochar was significant on cucumber height and cucumber weight indices at 1% level and on cucumber diameter and stem diameter indices at 5% level, but the interaction effect of stress and biochar on plant height and leaf area indices was not significant.
Keywords: Bio charcoal, Drought stress, plant growth indices, Soil Improvement, Water consumption efficiency -
استان خراسان جنوبی با توجه به قرارگرفتن درکمربند خشک، توام با افزایش و توسعه بخش های کشاورزی وصنعتی با افزایش روزافزون تقاضای آب مواجه است که مدیریت اصولی متناسب با شرایط اقلیمی منطقه را طلب می نماید. بنابراین مطالعه کمی و کیفی آب منطقه جهت بهره برداری مناسب ومدیریت بهینه ضروری است. شاخص های مختلف به منظور بررسی کیفیت آب زیرزمینی برای مصارف شرب وجود دارد که شاخص هایGQI و WQI ازجمله این شاخص ها است. در این مقاله برای بررسی کیفیت آب زیرزمینی با استفاده از شاخص های WQI , GQI از داده های کیفی10ساله تعداد29حلقه چاه که شامل پارامترهای Na , Mg , Ca, Cl, So4 , TDS , Hco3 , No3 , Ph می باشد استفاده گردید. نقشه های رستری غلظت این پارامترها با استفاده از روش معکوس فاصله (IDW) در نرم افزار GIS تهیه گردید. مقدار GQI برای دشت بیرجند در بازه سال های 90-87 ، 93-90 ، 96-93 و 97-96 به ترتیب بین 94-87 ، 93-85 ، 94-85 و 94-86 قرار گرفت. مقدار شاخص WQI در بازه سال های 97-87 بین 84-56 قرار گرفت. در مجموع می توان نتیجه گرفت که منطقه مورد مطالعه از نظر شاخص GQI در رده قابل قبول تا مناسب و از نظر شاخص WQI در رده کیفی بد تا خیلی بد قرار گرفت.کلید واژگان: دشت بیرجند, شاخص کیفی GQI, شاخص کیفی WQI, GIS, پهنه بندیGiven its location in the arid belt, South Khorasan Province faces an increasing demand for water due to the simultaneous growth and development of the agricultural and industrial sectors. This necessitates proper management tailored to the region's climatic conditions. Therefore, a quantitative and qualitative study of the region's water is essential for appropriate utilization and optimal management. Various indices exist to assess the quality of groundwater for drinking purposes, including GQI and WQI. In this article, a 10-year qualitative study of groundwater quality using WQI and GQI indices was conducted based on data from 29 well rings, which included parameters such as Na, Mg, Ca, Cl, SO4, TDS, HCO3, NO3, and pH. Raster maps depicting the concentration of these parameters were prepared using the Inverse Distance Weighting (IDW) method in GIS software. The GQI values for the Birjand Plain for the periods 87-90, 90-93, 93-96, and 96-97 ranged between 87-94, 85-93, 85-94, and 86-94, respectively. The WQI value for the period 87-97 ranged from 56 to 84. In conclusion, it can be inferred that the study area ranges from acceptable to suitable in terms of the GQI index, and from poor to very poor in terms of the WQI index.Keywords: Birjand Plain, GQI Quality Index, WQI Quality Index, GIS, Zoning
-
امروزه به دلیل گسترش شهر ها و همچنین افزایش جمعیت شهری، کمبود آب شرب با کیفیت مناسب همواره از مسایل مهم مسیولین آب و فاضلاب کشور و به خصوص مردم است. رساندن آب برای مصرف ازجمله فعالیت های مهم خطوط انتقال آب است که در این زمینه بهینه سازی مسیر خطوط انتقال اهمیت دارد. در این تحقیق برای طرح انتقال آب از مخزن تعادلی نزدیک اراضی کشت و صنعت خوشاب و سد رزه در شهرستان درمیان به شهرهای طبس مسینا، اسدیه و گزیک مسیری بهعنوان مسیر بهینه از لحاظ فنی و مهندسی، اقتصادی و پدافند غیرعامل و محیطزیستی به دست آمده است. در این راستا، نقشه های اطلاعاتی مورد نیاز از جمله وضیعت توپوگرافی، کاربری اراضی، رودخانه و جاده، زیرساخت ها، گسل، زمین شناسی و مراکز جمعیتی را به شکل نقشه های رستری در محیط GIS برای به دست آوردن نقشه هزینه آماده شدند. سپس براساس فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) این نقشه ها وزندهی و ادغام شدند و نقشه هزینه به دست آمد. در آخر از روی نقشه هزینه 5 مسیر به عنوان بهترین مسیر ها تعیین شدند و برای بهینه کردن از لحاظ هیدرولیکی این مسیرها وارد نرم افزار EPANET شدند و طراحی هیدرولیکی مسیرها در این نرم افزار انجام شد و با لینک کردن این نرم افزار با الگوریتم ازدحام ذرات چندهدفه با دو تابع هدف فنی و اقتصادی منحنی های پارتو برای این مسیرها در محیط متلب به دست آمدند. با تحلیل این منحنی ها مسیر 2 از بین این 5 مسیر افت و هزینه مناسب تری دارد و به عنوان مسیر بهینه برای این انتقال آب به دست آمده است و این مسیر 112 کیلومتر طول دارد.کلید واژگان: خطوط انتقال آب, مسیریابی بهینه, EPANET, GIS, الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفهNowadays, due to the expansion of cities as well as the increase in the urban population, the lack of drinking water of good quality is always one of the most important issues for the country's water and sewage authorities, especially the people. Delivering water for consumption is one of the important activities of water transmission lines. In this context, optimizing the route of transmission lines is important. In this research, the plan to transfer water from the balance tank near Khoshab's agricultural and industrial lands and Roza Dam in Madhim City to the cities of Tabas Messina, Asadiyeh, and Gazik, has been obtained as the optimal route in terms of technical and engineering, economic and passive defense, and environment. In this regard, the required information maps, such as topography, land use, rivers and roads, infrastructure, faults, geology, and population centers, were prepared in the form of raster maps in the GIS environment to obtain a cost map. Then, based on the Analytical Hierarchy Process (AHP), these maps were weighted and integrated, and the cost map was obtained. Finally, from the cost map, five routes were determined as the best routes, and to optimize hydraulically, these routes were entered into the EPANET software. The hydraulic design of the routes was done in this software by linking it with the multi-objective particle swarm algorithm. Two technical and economic objective functions of Pareto curves for these routes were obtained in a MATLAB environment. By analyzing these curves, route 2 out of these 5 routes has a more appropriate drop and cost and has been obtained as the optimal route for this water transfer, and this route has a length of 112 km.Keywords: Water Transmission Lines, Optimal Routing, GIS, EPANET, Multipurpose Particle Swarm Algorithm
-
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 هیدرولیکیIntroductionThe 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 MethodsThe 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 DiscussionThe 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.
ConclusionThe 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 -
قنات شاهرگ حیات روستاها می باشد. این سازه سودمند همگانی که ابداع آن به ایرانیان نسبت داده شده است باعث به وجود آمدن دانش بومی با ارزشی در بحث مدیریت آب شده است. ایرانیان که به تیزهوشی، سخت کوشی و ابتکار مشهور هستند از دیرباز تا کنون سازه ای به یادگار از خود باقی گذاشته اند که پایداری این سازه مهر تاییدی بر تمام شایستگی های آنان گذاشته است. ارزش های قنات به عنوان یک سازه پایدار سازگار با محیط زیست بر هیچ کس پوشیده نیست. حفظ این میراث گرانبهای ماندگار کمترین کاری است که باعث از بین نرفتن تلاش گذشتگان می شود.یکی از این کارها ثبت اصطلاحات مدیریتی در توزیع آب قنات در مناطق مختلف می باشد. در این پژوهش ساختار مدیریت توزیع آب در قناتهای خمسه روستای گل شهرستان خوسف واقع در استان خراسان جنوبی بررسی شده است. اطلاعات و اصطلاحات مربوط به قناتهای خمسه از طریق مصاحبه با افراد خبره روستا در این زمینه، جمع آوری و ارائه شده است. کلماتی مانند: بل، بل تاز، دنگ، تاس، فنجان، نیم روز، تاقه، گنج خوردن از اصطلاحات محلی بکار رفته در روستای مورد مطالعه در این زمینه است. نتیجه های بدست آمده در این پژوهش نشان داد که آنچنان دقیق و مدبرانه کار توزیع آب قناتهای خمسه گل انجام شده که دارای یک ساختار عالی مدیریتی در توزیع آب است.کلید واژگان: قنات, تقسیم آب, خوسف, گل, مدار آبیاریThe Qanat is the lifeblood of the villages. This beneficial structure for all, whose invention is attributed to Iranians, has led to the emergence of valuable indigenous knowledge in the water management debate. Iranians, who are famous for their intelligence, hard work and innovation, have left a structure as a memory since long ago, and the stability of this structure has put a seal of approval on all their merits. The values of Qanat as a sustainable and environmentally friendly structure are not hidden from anyone. Preservation of this precious lasting heritage is the least thing that causes the efforts of the past not to be lost. One of these works is the registration of management terms in the distribution of qanat water in different regions.In this research, the management structure of water distribution in Khamsa aqueducts of Gol village, Khosef city, located in South Khorasan province, has been investigated. Information and terms related to Khamsa aqueducts have been collected and presented through interviews with village experts in this field. Words such as: bol, boltaz, dong, tas, finjan, nimroz, taqeh, gunjkhorden are among the local terms used in the studied village in this field. The results obtained in this research showed that the water distribution work of Khamse Gol aqueducts has been done so carefully and thoughtfully that it has an excellent management structure in water distribution.Keywords: Qanat, Water distribution, Khusf, Gol, Irrigation circuit
-
شناسایی تعداد چاه ها در تخمین سطح آب زیرزمینی به لحاظ کاهش هزینه نگهداری و صرفهجویی در هزینه برداشت اطلاعات، گامی مهم میباشد. آنالیز مولفههای اصلی (PCA) یکی از ویژگیهای کاهش داده میباشد که در شناسایی دادههای کم اهمیت، نقش بسزایی دارد. در این پژوهش، میانگین سالانه سطح آب زیرزمینی 51 چاه بهرهبرداری دشت نیشابور با طول آماری 10 ساله (1398-1389) با استفاده از تکنیک آماری آنالیز مولفههای اصلی مورد بررسی قرار گرفت تا چاههای موثر در تعیین تراز سطح آب زیرزمینی این دشت مشخص گردد. با انجام آنالیز مولفههای اصلی، اهمیت نسبی هر چاه بین صفر (برای چاه غیر موثر) تا 1 (برای چاه کاملا موثر) محاسبه شد. نتایج نشان داد که از بین 51 چاه موجود در منطقه مورد مطالعه، 27 چاه به عنوان چاه موثر و بقیه چاهها به عنوان چاههای کم اهمیت شناخته میشوند. یعنی با حذف 24 حلقه چاه کم اهمیت، خطای برآورد سطح آب زیرزمینی منطقه مورد مطالعه 26 درصد نسبت به حالتی که از همه چاهها استفاده میگردد، افزایش مییابد. هم چنین جهت در نظر گرفتن عامل زمان در تغییرات این روش در دو دوره زمانی 5 ساله انجام شد. نتایج نشان داد که در دوره زمانی 5 ساله اول (1393-1389) 42 چاه به عنوان چاه بااهمیت انتخاب شدند که در دوره زمانی 5 سال بعد (1398-1394) این تعداد به 35 چاه تقلیل پیدا کرد.کلید واژگان: آب زیرزمینی, دشت نیشابور, چاه موثر, آنالیز مولفه&rlm, های اصلیIdentifying the number of wells in groundwater level estimation is an important step in terms of reducing the maintenance cost and saving the cost of harvesting information. Principal Component Analysis (PCA) is one of the techniques that reduces data that plays a significant role in identifying low data. In this research, the average annual groundwater level of 51 wells in Neyshabour plain with a statistical period of 10 years (2010-2019) was studied using statistical analysis of the main components of the wells to determine the level of groundwater level in this plain. Using PCA, the relative importance of each well was calculated between 0 (for completely ineffective well) to 1 (for the very effective wells). The results showed that among the 51 wells in the studied area, 27 wells are considered as wells, and the remaining wells are considered as low-level wells. By eliminating 24 less wells, the estimated ground water level error in the studied area is 26% higher than that used for all wells. Also, to take into account the factor of time, changes in this method were done in two 5-year periods. The results showed that 42 wells were selected as important well during the first 5 years period (2010-2014), which was reduced to 35 wells during the next 5 years (2015-2019).Keywords: Effective well, Groundwater, Neyshabour Plain, Principal component analysis
-
قنات یکی از هزاران یادگار قدیمی است که توسط دانشمندان و مهندسان ایرانی ابداع شده است و یک دانش بومی مهم به حساب می آید. فراموشی اصطلاحات قنات و طرز گویش های محلی آن در هر منطقه، یکی از موضوعات مهم و دارای ارزش است. یکی از شیوه های بهره وری از آب چاه ها، قنات می باشد که درصد قابل توجهی از نیاز آبی آن منطقه را برطرف می کند اما این میراث ماندگار امروزه در حال فراموشی است. همچنین فراموشی اصطلاحات و واژه های به کار رفته در این حوزه از میزان قابل توجه و بالایی برخودار است . در این پژوهش به نگرشی درباره ساختار و اصطلاحات محلی روستای چهکند مود واقع در استان خراسان جنوبی پرداخته شده است. همچنین سعی شده است اطلاعات و اصطلاحات قنات مربوط به همان منطقه با مصاحبه از مقنیان و افراد خبره در این زمینه، جمع آوری و ارایه شود. کلماتی مانند فنجان، تاس، سهم، نیم رن، طاقه، چاه تمبیده، دیلم، دهن کهریز و غیره از واژه های کاربردی در روستای مورد مطالعه در این زمینه می باشند. نتایج بدست آمده از این مقاله نشان داد که گسترش آداب و فرهنگ در ایران، باعث ایجاد یک فرهنگ و لغت از اصطلاحات و لهجه های مختلف شده است. این اصطلاحات با توجه به تفاوت فرهنگی که در هر شهر و روستا وجود دارد، متفاوت است.
کلید واژگان: قنات, فرهنگ آبیاری, چهکند مود, بیرجندQanat is one of the thousands of ancient relics that have been devised by Iranian scientists and engineers and is considered an important indigenous knowledge. The oblivion of Qanat terms and its local dialects in each region is one of the most important and valuable topics. One of the methods of utilizing water from wells is qanat, which eliminates a significant percentage of the water's need in the area, but this legacy is now being forgotten. Also, the oblivion of the terms and words used in this area is significant and high. In this research, an attitude about the local structure and terminology of the village of Chahkand Mood in southern Khorasan province has been studied. It has also been tried to collect and submit Qannat information and terminology related to the same area with interviews from well-known experts and experts. Words such as fenjan, tas, sahm, nimran, taghe, chah tombideh, deilam, dahan, etc. are used in the village in the field. The results of this paper showed that the spread of customs and culture in Iran has led to the creation of a dictionary and dictionary of terms and dialects. These terms differ according to the cultural difference that exists in each city and village.
Keywords: Birjand, Culture, Chahkand mod, Irrigation, Qanat -
قنات یکی از مهمترین ابداعات ایرانیان، نمونه کاملی از سازگاری انسان با محیط پیرامونش و نشانه ای از پایداری شهرهای کویری محسوب می شود. اختراعی که باعث شده است تا در حاشیه کویر زندگی و تمدن انسانی جریان داشته باشد. این سامانه های پایدار طبیعی و سازگار با محیط زیست امروزه مورد توجه کشورهای پیشرفته دنیا قرار گرفته و از موضوعات جذاب علمی و آموزشی در دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی می باشد. بر طبق اسناد و مدارک روش سنتی حفر قنات توسط مقنیان، بهترین و پاک ترین راهی است تا آب را از دل زمین به روی سطح راه یابد و در دسترس مداوم باشد. در پس هر واژه از واژگان محلی دنیایی از اطلاعات، باورها، سنت ها، دانش ها، فرهنگ ها و اسطوره ها و تاریخ یک قوم یا ملت نهفته است و با مرگ این واژه یک حجم عظیمی از میراث ماندگار و ارزشمند فرهنگ و دانش بومی از بین می رود. مهم ترین هدف از این پژوهش جمع آوری اصطلاحات فنی-مدیریتی قنات های منطقه سرایان با محوریت دانش بومی و گویش محلی می باشد. این اصطلاحات به صورت جداگانه در دو بخش فنی و مدیریتی از طریق مصاحبه با خبرگان دانش و فن قنات و قنات داری و مقنیان جمع آوری گردیده است. از واژگان با گویش محلی سرایان می توان به حلقفنه، چعخویی، دعشی، سنگعجی، کنک، کلاک، کلخ اشکه و...اشاره نمود.کلید واژگان: مقنیان, معماری قنات, کاریز, معماری بومی
-
با توجه به محدود بودن منابع آب و بالا بودن میزان تبخیر، مسیله بحران آب یکی از عمده ترین مسایل در کشور است. به دلیل اهمیت گیاه خاکشیر به عنوان یک گیاه دارویی، نیاز آبی و ضریب گیاهی یک گانه و دوگانه آن در آزمایشگاه لایسیمتری دانشگاه بیرجند مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور از شش لایسیمتر (از نوع بیلان آبی) به قطر60 سانتی متر و ارتفاع 100سانتی متر استفاده شد. داخل هر شش لایسیمتر، گیاه خاکشیر با تراکم 20 بوته در متر مربع کشت و سپس با استفاده از معادله بیلان آب، تبخیر و تعرق محاسبه شد. تبخیر و تعرق مرجع چمن هم به طور مستقیم توسط سه لایسیمتر دیگر اندازه گیری شد و میانگین آن 322 میلی متر بدست آمد. سپس ضرایب گیاهی برای چهار مرحله رشد (ابتدایی، توسعه، میانی و انتهایی) محاسبه شد. در این تحقیق مقادیر میانگین تبخیر و تعرق، تبخیر از سطح خاک و تعرق از گیاه مورد نظر به ترتیب 202، 23 و 179 میلی متر به دست آمد. در نهایت ضریب گیاهی منفرد برای چهار مرحله ابتدایی، توسعه، میانی و پایانی به ترتیب برابر 0/52، 0/68، 0/96 و 0/57 و ضریب گیاهی پایه به ترتیب برای چهار مرحله رشد برابر 0/38، 0/59، 0/49 و0/52 میلی متر به دست آمد. به طور کلی می توان نتیجه گرفت که با توجه به اقلیم استان خراسان جنوبی و نیاز آبی کم گیاه خاکشیر ، کشت آن توصیه می گردد.کلید واژگان: بیلان آبی, گیاهان دارویی, لایسیمتر زهکش دارConsidering the limited water resources and the high rate of evaporation, water crisis is one of the most important issues in the country. Due to the importance of Flixweed as a medicinal plant, its water requirement and its single and dual plant coefficients were investigated in the lysimeter laboratory of University of Birjand. For this purpose, six lysimeters (of the water balance type) with a diameter of 60 cm and a height of 100 cm were used. Inside all six lysimeters, Flixweed plants were planted with a density of 20 plants/m2, then, evaporation and transpiration were calculated using the water balance equation. Evaporation and transpiration of grass reference was measured directly by three lysimeters and its average was 322 mm. Then, plant coefficients were calculated for four stages of growth (initial, development, middle, and end). In this research, the average values of evaporation and transpiration, evaporation from the soil surface, and transpiration from the target plant were obtained as 202, 23, and 179 mm, respectively. Finally, the individual plant coefficients for the four initial, development, middle and final stages were 0.52, 0.68, 0.96 and 0.57, respectively, and the basic plant coefficients were 0.38, 0.59, 0.94 and 0.52 mm. In general, considering the climate of South Khorasan Province, Flixweed plant is recommended for cultivation due to its low water requirement.Keywords: Water Balance, Medicinal plants, Drainage lysimeter
-
مطالعه اثرات تغییراقلیم بر محصولات کشاورزی می تواند موجب بهبود و توسعه راهبرد های مدیریتی در ارتباط با نیاز های مهم کشاورزی در آینده و اتخاذ روش های سازگاری و کاهش اثرات سوء تغییراقلیم بر بخش کشاورزی گردد. هدف این پژوهش پیش بینی اثرات تغییراقلیم آینده بر عملکرد پنبه در منطقه بیرجند است که مدل گردش عمومی BCM2 تحت دو سناریوی انتشار B1 و A1B در سه دوره (2025 تا 2050، 2050 تا 2075 و 2075 تا 2100) برای پیش بینی شرایط اقلیمی آینده مورد بررسی و برای تولید پارامترهای اقلیمی روزانه مدل ریزمقیاس نمایی LARS-WG مورد استفاده قرار گرفت. داده های اقلیمی روزانه به دست آمده از خروجی LARS-WG به عنوان ورودی برای مدل DSSAT (مدل شبیه سازی محصول زراعی) به منظور شبیه سازی رشد پنبه تحت اقلیم آینده استفاده شد. شبیه سازی بیان گر این بوده است که در مقایسه با دوره پایه، تغییراقلیم عملکرد پنبه را (از 73/14 تا 53/18 درصد) افزایش و طول فصل رشد پنبه را کاهش داد. دلیل اصلی افزایش عملکرد پنبه را می توان به افزایش غلظت دی اکسید کربن نسبت داد.
کلید واژگان: افزایش دما, تغییر اقلیم, عملکرد پنبه, مدل های گردش عمومی, مدل شبیه سازThe aim of this research is to predict the effects of future climate change on cotton yield in Birjand region. In this research, the BCM2 general circulation model under two release scenarios B1 and A1B in three periods (2025 to 2050, 2050 to 2075, and 2075 to 2100) was examined to predict future climate conditions and to generate daily climate parameters of the LARS-WG microscale model. Daily climate data obtained from LARS-WG output were used as inputs for DSSAT model (crop simulation model) to simulate cotton growth under future climate. The selection and preparation of a suitable plot of land for the implementation of the project was done in the beginning of October 2018. The intended experimental design was factorial split plots. The DSSAT model provided acceptable results for cotton yield and phenological stages, and this success was confirmed when the values simulated by the model were compared with the data collected from the field experiments. The maximum NRMSE is related to HW simulation, which is calculated as 9.7%. The value of this index for simulating the phenology stages is much lower and its value is reduced to 1.5%. The results of this research show that the DSSAT model can be a promising tool for predicting yield, leaf area, nitrogen accumulation, phenology and biomass of different cotton cultivars and other crops grown in the region. It seems that this study is useful and appropriate for farmers and their making decisions. The results of the simulations showed that due to future climate change and increase in temperature and carbon dioxide concentration in Birjand city, cotton yield will increase. On average, under all scenarios, the average yield of cotton will increase by 15% in the period of 2025 to 2050, by 15.44% in the period of 2050 to 2075 and by 18.15% in the period of 2075 to 2100. The simulation has shown that climate change increased cotton yield (from 14.73 to 18.53 percent) and reduced the length of the cotton growing season. The main reason for the increase in cotton yield can be attributed to the increase in carbon dioxide concentration.
Keywords: Temperature rise, climate change, Cotton Yield, general circulation models, simulation model -
مجله پژوهش آب ایران، پیاپی 50 (پاییز 1402)، صص 103 -113
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 عددیClimate 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 -
بررسی و شناسایی میزان آب واقعی استفاده شده برای محصولات مختلف کشاورزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است و با در نظر گرفتن چنین ارزیابی هایی می توان راهکارهای مناسبی جهت کاهش مصرف آب کشاورزی ارایه داد که دارای اهمیت بالایی است. شاخص ردپای آب به عنوان یک شاخص جهانی مقدار واقعی آب مصرفی محصولات را براساس شرایط و اقلیم هر منطقه نشان می دهد. از طرفی دیگر پدیده تغییر اقلیم از مهم ترین چالش های زیست محیطی است که بر منابع آب تاثیر بسزایی دارد. بنابراین ارزیابی این پدیده نیز جهت پیش بینی تاثیر آن بر مصرف آب در بخش کشاورزی امری مهم و ضروری است. در این تحقیق به شبیه سازی پارامترهای اقلیمی با استفاده از مدل گزارش ششم گردش عمومی جوی اقیانوسی MIROCES2L تحت سه سناریوی SSP1-2.6، SSP2-4.5 و SSP5-8.5 در دشت بیرجند پرداخته شده است و سپس با استفاده از نتایج آن محاسبه پیش بینی ردپای آب آبی و ردپای آب سبز محصول استراتژیک زعفران در منطقه دشت بیرجند انجام شد. نتایج بخش اول نشان داد که حداقل دما و حداکثر دما در هر سه سناریو در آینده نزدیک (2022-2050) به طور کلی افزایش یافته است و پارامتر بارش در پاییز و زمستان افزایش و در بهار و تابستان کاهش می یابد. در بخش دوم نیز پیش بینی عملکرد محصول زعفران توسط مدل NIO نشان داد که تحت سه سناریوی SSP1-2.6، SSP2-4.5 و SSP5-8.5 در آینده نزدیک (2038-2022) به طور میانگین به ترتیب به میزان 13/0، 21/0 و 05/0 کیلوگرم بر هکتار نسبت به دوره مشاهداتی (2021-2005) کاهش یافته است و در ادامه نتایج نشان داد با افزایش نیاز آبی در دوره آینده، ردپای آب آبی، ردپای آب سبز و ردپای آب کل محصول زعفران تحت تاثیر تغییر اقلیم در دوره آینده تقریبا به میزان 2 برابر نسبت به دوره مشاهداتی افزایش داشته است. هم چنین نسبت مصرف آب آبی به آب سبز در این محصول در آینده تحت هر سه سناریو نسبت به دوره مشاهداتی از 91/1 تا 04/2 افزایش یافته است. بنابراین با وجود پدیده تغییر اقلیم، افزایش دما، افزایش نیاز آبی و در نهایت افزایش ردپای مصرف آب در منابع آب سطحی و زیرزمینی در دشت بیرجند در طی سال های آینده، ضروری است تا برای پیاده سازی الگوی مناسب مصارف آبی در دشت و به کار گرفتن راهکارهای مناسب و موثر جهت کاهش ردپای آب در منطقه مطالعاتی نیز روش هایی مبنی بر کاهش سطح زیرکشت، کم آبیاری، تغییر الگوی کشت و تغییر تقویم زراعی نیز مطرح و اجرایی شوند.
کلید واژگان: تغییر اقلیم, عملکرد محصول, ردپای آب, NiO, CMIP6Investigating and identifying the actual amount of water used for different agricultural products is of particular importance, and considering such evaluations, appropriate solutions can be provided to reduce agricultural water consumption, which is of great importance. The water footprint index as a global index shows the actual amount of water consumed by products based on the conditions and climate of each region. On the other hand, the phenomenon of climate change is one of the most important environmental challenges that has a significant impact on water resources. Therefore, it is important and necessary to evaluate this phenomenon in order to predict its impact on water consumption in the agricultural sector. In this research, the simulation of climate parameters using the MIROCES2L model of the 6th Report of the General Oceanic Atmospheric Circulation under three scenarios SSP1-2.6, SSP2-4.5, and SSP5-8.5 in Birjand plain has been done and then using those results to calculate the footprint prediction The blue water and green water traces of the strategic product of saffron were carried out in the Birjand Plain region. The results of the first part showed that the minimum temperature and maximum temperature in all three scenarios in the future (2050-2022) generally increased and the precipitation parameter increased in autumn and winter and decreased in spring and summer. In the second part, the prediction of saffron crop performance by NIO model showed that under three scenarios SSP1-2.6, SSP2-4.5 and SSP5-8.5 in the future (2022-2038) on average 0.13, 0.21 respectively and 0.05 kg/ha has decreased compared to the observation period (2005-2021) and the results showed that with the increase in water demand in the future period, the water footprint, the green water footprint and the total water footprint of the saffron crop under the influence of climate change In the future period, it has increased by almost 2 times compared to the observation period. Also, the ratio of blue water consumption to green water in this product has increased in the future under all three scenarios compared to the observation period from 1.91 to 2.04. Therefore, despite the phenomenon of climate change, increase in temperature, increase in water demand, and finally increase in the footprint of water consumption in surface and underground water sources in the Birjand plain in the coming years, it is necessary to implement a suitable model of water consumption in the plain and To use appropriate and effective solutions to reduce the water footprint in the study area, the methods of reducing the area under cultivation, less irrigation, changing the cultivation pattern and changing the agricultural calendar should also be proposed and implemented.
Keywords: : climate change, crop yield, water footprint, NiO, CMIP6 -
منابع آب زیرزمینی پس از یخچال های قطبی، دومین منبع آب شیرین موجود در جهان به شمار می رود. بررسی تغییرات سطح آب زیرزمینی در برنامه ریزی و مدیریت پایدار منابع آب از اهمیت فراوانی برخوردار است. کاهش پیوسته سطح آب زیرزمینی در بسیاری از مناطق دنیا مشاهده شده است. دشت نیشابور از لحاظ ذخیره منابع آب و حاصلخیزی اراضی، یکی از مهم ترین دشت-های خراسان و شرق کشور محسوب می شود. کاهش میزان تغذیه کننده ی بارش از یک سو و برداشت های مکرر از چاه های بهره-برداری از طرف دیگر سبب افت سطح آب شده، به طوری که آبخوان نیشابور با افت سالانه 74 سانتی متر مواجه است. لذا هدف از پژوهش حاضر بررسی و معرفی کارایی مدل رگرسیون فازی امکانی جهت پیش بینی تراز آب زیرزمینی در مقیاس ماهانه می باشد. در این پژوهش پارامترهای موثر بر تراز آبخوان شامل بارندگی و تخلیه به صورت ماهانه تعیین شد. با استفاده از روش های زمین آماری نقشه های پهنه بندی ماهانه بارندگی و تخلیه به دست آمد. درنهایت با طراحی مدل رگرسیون فازی امکانی با 6 پارامتر ورودی، سعی در برآورد تراز سطح آب زیرزمینی شد. نتایج پژوهش نشان داد بهترین دقت در ماه خرداد با ضریب تبیین 93 درصد، میانگین مجذور خطای 05/6 و میانگین مطلق خطای 01/6 حاصل شد. همچنین نتایج نشان داد که علی رغم کاهش شدید باران در فصل تابستان، اعمال ورودی های با تاخیر یک تا دو ماهه نتایج مناسبی در پیش بینی سطح آب داشت. درنهایت می توان بیان کرد مدل رگرسیون فازی تهیه شده در این مطالعه، امکان برآورد تراز سطح آبخوان را با اعتبار مناسب فراهم می-کند.کلید واژگان: آب زیرزمینی, تراز آبخوان, رگرسیون فازی, دشت نیشابورGroundwater resources are the second largest freshwater source in the world after polar glaciers. Due to the importance of this resource in arid and semiarid regions, investigating changes in groundwater levels has an important role in planning and sustainable water resources management. The steady decline in groundwater levels has been observed in many parts of the world. For optimal use of available water resources comprehensive planning is necessary to make informed and accurate understanding of this important component of water resources. Neyshabour plain is one of the most plains of Khorasan Razavi province, which has an important role in agricultural production. Due to the reduction of the Groundwater recharge factors and Unallowable discharges of the resources, annually 74 cm decline in groundwater table in Neyshabour plain were observed. Hence the objective current study was forecasting the monthy groundwater changes in Neyshabour aquifer using fuzzy regression model. For this propose, the parameters affecting aquifer level including monthly precipitation and discharge detected and fuzzy linear regression approach is employed for to estimate groundwater level of Neyshabour Aquifer. The results represent that the most accuracy predicts was in august with R2, RMSE and MAE of applied model was 0.93, 6.05 and 6.01 respectively. In conclusion the results obtained from this study, based on R2, MAE and RMSE measures, showed the efficiency of newly developed formulas based on fuzzy regression method in estimate the groundwater table with proper accuracy.Keywords: Groundwater, Aquifer Table, Fuzzy Regression, Neyshabour Plain
-
استفاده بهینه و صحیح از منابع آب، نیازمند محاسبه میزان آب مصرفی و تعیین ضرایب گیاهی متناسب با هر منطقه است. این تحقیق به منظور تعیین تبخیر - تعرق و ضرایب گیاهی گیاه زعفران و تبخیر - تعرق گیاه مرجع چمن به دو روش لایسیمتری و فایو - پنمن - مانتیث در منطقه نیمه خشک بیرجند و در سال زراعی 1399-1398 صورت گرفته است. بدین منظور گیاه زعفران در شش لایسیمتر و گیاه مرجع چمن در سه لایسیمتر، در مجموعه آزمایشگاه های لایسیمتری دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند، کشت شد. دوره رشد گیاه زعفران به چهار مرحله ابتدایی (27 روز)، توسعه (54 روز)، میانی (40 روز) و نهایی(54 روز) تقسیم شد. میانگین تبخیر - تعرق گیاه مرجع چمن به روش های لایسمتری و فایو - پنمن - مانتیث به ترتیب برابر 4/32 و 4/19 میلی متر بر روز و میانگین تبخیر - تعرق گیاه زعفران در دوره 175 روزه رشد، برابر با 2/34 میلی متر بر روز بدست آمد. مقدار میانگین ضرایب گیاهی یک جزیی به ترتیب برابر با 0/36، 0/66، 0/86 و 0/42 و میانگین ضرایب گیاهی دوجزیی به ترتیب برابر با 0/37، 0/67، 0/87 و 0/42، در طول مراحل مختلف رشد برآورد شد.کلید واژگان: زعفران, ضریب گیاهی یک جزئی و دوجزئی, لایسیمتر, نیاز آبیIntroductionWater is one of the most common and at the same time the most important substance on the planet. All kinds of plants in different parts of the earth need more water than any other environmental factor. The main purpose of direct measurements or evapotranspiration calculations is the amount of water required by plants. Knowledge of the water need of plants in each region and its use in agricultural planning plays an important role in water usage. Due to the reduction of fresh water reserves in the world, accurate estimation of evaporation and transpiration and water requirement of plants seems to be important. Therefore, developing an irrigation plan and applying proper irrigation management can reduce the losses caused by water resources. The aim of the current research is to determine the evapotranspiration and plant coefficients of saffron plant and the evapotranspiration of the grass reference plant by two methods, lysimeter and FAO-Penman-Mantith, in Birjand city.
Materials and MethodsThe research was carried out in the agricultural year of 2018-2019 in the lysimetry laboratory of the Faculty of Agriculture, Birjand city, for this purpose. The saffron plant was grown in six lysimeters and the grass reference plant in three lysimeters, in the collection of lysimetry laboratories of the Faculty of Agriculture, Birjand University. The growth period of saffron plant was divided into four initial (27 days), development (54 days), middle (40 days) and final (54 days) stages. Irrigation was done daily until the soil moisture reached the agricultural capacity. The irrigation volume was adjusted based on the soil moisture level, the reason for which was mentioned above. The start time of irrigation was determined based on soil moisture and Fc. The end of irrigation was done according to the condition and moisture content of the soil.Results and DiscussionThe average of evapotranspiration of the grass reference plant by lysimetric and FAO-Penman-Monteith methods was obtained equal to 4.32 and 4.19 mm/day, respectively, and the average of evapotranspiration of the saffron plant during the 175-day growth period was obtained equal to 2.34 mm/day. During different stages of growth, the amount of the average of single crop coefficient was estimated 0.36, 0.66, 0.86 and 0.42, respectively, and the average of dual crop coefficient was estimated 0.37, 0.67, 0.87 and 0.42, respectively. With the passage of time, the amount of evaporation-transpiration of the reference plant has increased, which can be attributed to the long day length and the increase in net solar radiation, with the increase in temperature, the amount of evaporation-transpiration also has increased, so the demand of the plant to receive water increases.
ConclusionObservations indicated that at the beginning of the period, due to high evaporation, this coefficient was clearly obtained from their sum, but in the middle stage, due to the decrease in evaporation and the predominance of transpiration, the coefficient of vegetation in most cases was Sweating has approached and this trend of changes has been the same in all lysimeters. The value of the basic vegetation coefficient (transpiration component) gradually increased after passing through the initial stage and reached the maximum value in the middle stage. The value of the evaporation coefficient from the soil surface (Ke) is the highest after the surface soil layer is wetted by rain or irrigation. As this layer dries, the evaporation coefficient will increase. In the condition that there is no water left in the surface layer of the surface soil, the evaporation coefficient reaches zero. The two-component vegetation coefficient, which is the sum of the transpiration and evaporation components, also decreases gradually. The fluctuations seen in the graph are due to the short irrigation period.Keywords: Saffron, Single, dual crop coefficient, Lysimeter, Water requirement -
در مدیریت کمی آب زیرزمینی، یکی از موارد بسیار مهم و اساسی، تخمین سطح آب زیرزمینی است که معمولا براساس داده هایی که از شبکه چاه های مشاهده ای بدست می آید، انجام می گردد. در این پژوهش، هدف اصلی، بررسی شوری آب زیرزمینی دشت مشهد در بازه زمانی 1 تا 31 اردیبهشت 1398 می باشد. برای این منظور، از دو مدل آماری IBK و M5 استفاده و نتایج آن ها با روش های زمین آماری مقایسه گردید. در این راستا، از نمونه برداری نقطه ای با مختصات جغرافیایی X و Y استفاده شد. همچنین، متغیر کلر به عنوان یک متغیر مهم و معیاری برای شوری آب زیرزمینی مد نظر قرار گرفت. دلیل اصلی انتخاب کلر به عنوان متغیر مورد بررسی، همبستگی مناسب آن با ضریب هدایت الکتریکی است. در نهایت، نتایج نشان داد که مدل IBK عملکرد بهتری نسبت به مدل M5 و روش های زمین آماری داشت. با استفاده از مدل IBK، میزان دقت در پیش بینی شوری آب زیرزمینی به شکل قابل توجهی افزایش یافت. بر اساس مقادیر آماری به دست آمده، می توان نتیجه گرفت که مدل IBK با داشتن ضریب تییین برابر با 98/0، خطای جذر میانگین مربعات برابر با 85/200 و میانگین خطای مطلق برابر با 48/97، بهترین مدل برای پیش بینی شوری آب زیرزمینی در دشت مشهد است. در نتیجه، مدل IBK قابلیت بالایی در تخمین دقیق شوری آب زیرزمینی را دارد و می توان آن را به عنوان یک ابزار موثر در مدیریت کمی آب زیرزمینی، به کار برد. این مدل با دقت و عملکرد بالا، می تواند به مدیران و تصمیم گیران در اتخاذ تدابیر و راهبرد های مناسب برای حفظ و بهینه سازی منابع آب زیرزمینی کمک کند.کلید واژگان: آب زیرزمینی, دشت مشهد, شوری, واریوگرام, نرم افزار WEKAIn groundwater management, one of the crucial and fundamental aspects is estimating the groundwater level, which is typically done based on data obtained from monitoring well networks. In this research, the main objective was to investigate the groundwater salinity in the Mashhad Plain during the period of 1st to 31st of April, 2019. For this purpose, two statistical models, IBK and M5, were used, and their results were compared with geostatistical methods. Point sampling with geographic coordinates X and Y was employed to examine the groundwater salinity. Additionally, chloride was considered as an important variable and indicator of groundwater salinity due to its significant correlation with electrical conductivity, which is indirectly related to groundwater salinity. The results showed that the IBK model outperformed the M5 model and geostatistical methods. By using the IBK model, the accuracy in predicting groundwater salinity significantly improved. Based on the obtained statistical values, it can be concluded that the IBK model, with an R-squared value of 0.98, a root mean square error (RMSE) of 85.200, and a mean absolute error (MAE) of 48.97, performed the best in predicting groundwater salinity in the Mashhad Plain. Thus, the IBK model serves as an effective tool for accurate estimation of groundwater salinity and quantitative groundwater management. Its high performance enables better decision-making and implementation of appropriate measures for preserving and optimizing groundwater resources. These findings can be valuable for managers.Keywords: Groundwater, Mashhad plain, salinity, Variogram, WEKA software
-
در سال های اخیر، مصرف بی رویه نهاده های کشاورزی به ویژه کودهای شیمیایی و روش های رایج تولید محصولات زراعی مشکلاتی را به وجود آورده که موجب توجه بیشتری به کشاورزی پایدار شده است. زیولیت ها از جمله کانی های طبیعی هستند که دارای ارزش غذایی نیز بوده و می تواند گامی در راستای دستیابی به کشاورزی پایدار محسوب شود. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی تاثیر نوع و مقدار زیولیت طبیعی بر عملکرد و اجزای عملکرد ارزن معمولی (رقم پورسو) (با هدف برداشت دانه) در سال زراعی 1396 در مزرعه تحقیقاتی دانشکده کشاورزی دانشگاه بیرجند به صورت آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل چهار نوع زیولیت (کلسیک گرانول، کلسیک پودری، پتاسیک گرانول و پتاسیک پودری) در سه سطح (صفر، 5 و 10 تن در هکتار) بودند. نتایج نشان داد، کاربرد انواع مختلف زیولیت سبب افزایش معنی دار صفات وزن هزار دانه و تعداد دانه در خوشه در سطح احتمال پنج درصد و عملکرد دانه، کارایی مصرف آب در سطح احتمال یک درصد در مقایسه با شاهد (عدم کاربرد زیولیت) شد. افزایش کاربرد زیولیت از 5 به 10 تن در هکتار موجب افزایش معنی دار تعداد خوشه در هر بوته، تعداد دانه در خوشه، وزن هزار دانه، عملکرد بیولوژیک، عملکرد دانه و کارایی مصرف آب شد، لذا با کاربرد بهینه این کود تا حدودی از اثرات تنش خشکی بر گیاهان کاسته می گردد و جهت معرفی در مناطق خشک توصیه می گردد.
کلید واژگان: اندازه زئولیت, غلات, کشاورزی پایدارAgroecology journal, Volume:15 Issue: 2, 2023, PP 223 -238IntroductionIn recent years, due to the excessive consumption of agricultural inputs, especially chemical fertilizers and common methods of crop production, problems have arisen that have led to more attention to sustainable agriculture.Zeolite is one of the natural minerals that also has nutritional value and can be considered a step towards achieving sustainable agriculture.
Materials and methodsIn order to investigate the effect of type and amount of zeolite on the yield of common millet, an experiment was conducted in the crop year of 2017-17 at the research farm of the Faculty of Agriculture of Birjand University. This factorial experiment was performed using randomized complete block design with 3 replications. Experimental treatments included two types of calcium and potash zeolites in two forms of powder and granules, which were considered at two levels (5 and 10 tons per hectare) with a control treatment without zeolite. In this study, common millet (Pursu) was used for cultivation.
Results and discussionNumber of clusters per plant: Analysis of variance of data showed that the effect of treatment on this trait was not statistically significant at the level of 5% probability. However, the control treatment had fewer clusters than the potassium powder and granular treatments of 10 tons per hectare and the calcic powder and granule treatments of 10 tons per hectare. Also, the control treatment had more clusters than the calcium granular and powder treatments of 5 tons per hectare and the potassium granular and powder treatments of 5 tons per hectare. Comparison of the average effect of zeolite content on the number of clusters per plant showed that increasing the application of zeolite from 5 tons per hectare to 10 tons per hectare caused a significant increase in the number of clusters per millet plant at a probability level of 5%.
Thousand-grain weight: Analysis of variance of 1000-grain weight data as a treatment, to compare with the zeolite control treatment showed that the effect of zeolite treatment on millet 1000-grain weight was significant at 5% probability level. The results of factorial analysis of variance showed that the simple effect of zeolite type on 1000-grain weight was significant at 5% probability level. But the simple effect of zeolite content as well as the interaction effect of type and amount of zeolite on this trait was not significant.
Grain yield: The results of analysis of variance of grain yield data to compare treatments containing zeolite with control treatment without zeolite showed that the effect of zeolite treatment on grain yield was significant at the level of 1% probability. The results of factorial analysis of variance showed that the simple effect of zeolite content at 1% probability level and the effect of type and amount of zeolite at 5% probability level on grain yield were significant. But the simple effect of zeolite type had no significant effect on this factor. The results of comparing the average amount of zeolite on grain yield showed that increasing the amount of zeolite increased millet grain yield at a probability level of 5%.
Water use efficiency: The results showed a significant effect of zeolite treatment on water use efficiency at a probability level of 1%. The results of variance for water use efficiency showed that this trait was significantly affected by the simple effect of zeolite content and the interaction between type and amount of zeolite at 5% level but the effect of zeolite type on it was not significant. The results of comparing the average amount of zeolite on water use efficiency showed a statistically significant difference between the application of 5 and 10 tons per hectare of zeolite at the level of one percent.ConclusionThe results showed that the application of different types of zeolite caused a significant increase in 1000-grain weight and number of grains per panicle at a probability level of 5% and grain yield, water use efficiency at a probability level of one percent compared to control treatment (no application of zeolite). Increasing the application of zeolite from 5 to 10 tons per hectare significantly increased the number of spikes per plant, number of seeds per spike, 1000-seed weight, biological yield, grain yield and water use efficiency. Therefore, with the optimal using of this fertilizer, the effects of drought stress on plants are somewhat reduced and it is recommended for using in dry areas.
Keywords: Cereals, Sustainable agriculture, Zeolite size -
مدل سازی گروهی به عنوان یک مقوله نوظهور در بسیاری از رشته های مهندسی به خصوص زمینه های مختلف مهندسی آب در حال گسترش است. تخمین دقیق نیاز آبی زعفران به عنوان محصول راهبردی شرق کشور یکی از مهم ترین اقدامات تاثیرگذار در برنامه ریزی منابع آب منطقه خواهد بود. از این رو، این پژوهش اقدام به بررسی عملکرد مدل سازی گروهی در بهبود مدل سازی نیاز آبی زعفران در منطقه بیرجند استان خراسان جنوبی کرد. داده های واقعی نیاز آبی زعفران در سال دوم کشت در گام نخست در محل آزمایشگاه لایسی متری دانشگاه بیرجند جمع آوری شد. مدل سازی نیاز آبی زعفران با استفاده از داده های اقلیمی و نیاز آبی زعفران در بستر ماشین یادگیری درخت تصمیم انجام شد. همچنین، از دو روش Boosting و Bagging جهت ارتقای نتایج مدل درخت تصمیم استفاده شد. به منظور کمی کردن اثر مدل سازی گروهی آزمون های مقایسه ای متعددی نظیر شاخص های ارزیابی (RMSE و MAE)، مقایسه توزیع پراکنش داده ها (تحلیل وایولین Violin assessment)، ارزیابی کم/بیش تخمینی، مقایسه سری زمانی و تحلیل بهبود خطا استفاده شد. نتایج نشان داد که علی رغم دقت و کارایی نسبی مدل درخت تصمیم در شبیه سازی نیاز آبی زعفران، امکان بهبود نتایج همچنان وجود دارد. همچنین، نتایج اثبات کرد که مدل سازی گروهی ظرفیت بالقوه ی خوبی در زمینه ارتقای نتایج دارد. به طوری که یادگیری گروهی بانظارت (Boosting) دقت مدل درخت تصمیم را بیش از 30 درصد بهبود بخشید (کاهش قدر مطلق خطا از 36 میلی متر به 65/23 میلی متر) و این موضوع عامل کاهش RMSE را از 44/0 میلی متر به 07/0 میلی متر شد. علاوه بر این، نتایج آزمون های مقایسه ای تایید کرد که خروجی تولید شده توسط روش Boosting از کیفیت بسیار بهتری نسبت به خروجی مدل درخت تصمیم و روش Bagging برخوردار است.کلید واژگان: بهبود خطا, تحلیل وایولین, لایسیمتر, یادگیری گروهی نظارتی, هوش مصنوعیEnsemble modelling is expanding in several areas of engineering, especially different aspects of water engineering. Accurate estimation of saffron water requirement (SWR), an essential strategic production of the agriculture sector, is a crucial and influencing act in local water planning of this region. Hence, this study aimed to check the applicability of ensemble modelling in enhancing SWR at Birjand, Southern Khorasan, Iran. The actual water requirement of saffron was recorded in the field lysimetric laboratory at the University of Birjand. The simulation of water requirement was conducted utilizing Decision Tree Regression (DTR) with input climate features. Additionally, Boosting and Bagging methods were employed to establish and enhance the ensemble process of soil water requirement (SWR) simulations. To track the effectiveness of any method, some comparative tests were designed, such as statistical criteria (RMSE and MAE) detection, Violin plot analysis, over/underestimation, times series comparison, and error improvement test. Results indicated that although the acceptable performance of DTR in simulating SWR, the probable improvement was potentially felt. Derived results confirmed that supervised ensemble modelling (Boosting) could enhance the accuracy of DTR by more than 30 percent (reducing absolute error from 36 mm to 23.65 mm), resulting in declining RMSE from 0.44 mm to 0.07 mm. Further, different experiment outcomes revealed that the Boosting algorithm quality is more appealing than DTR and Bagging outputs.Keywords: Artificial intelligence, Error improvement, Lysimetric lab, Supervised ensemble modelling, Violin plot analysis
- 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.