mona golabi
-
شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) روشی کاربردی برای پایش وضعیت آب در گیاه، تشخیص زمان شروع تنش رطوبتی، پیش بینی عملکرد محصول و برنامه ریزی آبیاری برای محصولات مختلف استفاده می شود. دامنه تغییرات شاخص CWSI بین صفر و یک می باشد. صفر بدین معنی است که گیاه با تنش آبی مواجه نبوده و ایده آل ترین شرایط را از لحاظ انجام فرآیند تعرق دارد، ولی عدد یک گویای حداکثر تنش آبی وارد شده بر گیاه و توقف کامل تعرق می باشد. پژوهش حاضر با هدف محاسبه شاخص CWSI و تعیین آستانه تنش رطوبتی برای گلرنگ و شناسایی مناسب ترین مدیریت آبیاری از طریق ارتباط بین شاخص تنش آبی گیاه با مدیریت های مختلف کم آبیاری در دو فصل زراعی 1400-1399 و 1401-1400 در دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان انجام شد. این طرح در قالب بلوک های کامل تصادفی با یک تیمار آبیاری معمولی (CI) و چهار تیمار کم آبیاری شامل (RDI80، RDI60: کم آبیاری تنظیم شده با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) و (PRD80، PRD60: کم آبیاری به صورت خشکی موضعی ریشه ثابت با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) در چهار تکرار اجرا گردید. نتایج نشان داد، تیمار CI با مقدار 17/0 کمترین و تیمار RDI60 با مقدار 67/0 بیشترین مقدار شاخص تنش آبی را به خود اختصاص دادند. برنامه ریزی آبیاری با هدف دستیابی به حداکثر بهره وری مصرف آب انجام شد و بر این اساس معادلات حد مجاز اختلاف دمای پوشش سبز گیاه و هوا برای ماه های اسفند ((Tc-Ta) a = 1.618 - 0.215 VPD)، فروردین ((Tc-Ta) a = 2.46 - 0.220 VPD) و اردیبهشت ((Tc-Ta) a = 4.636 - 0.164 VPD) به دست آمد. آستانه تنش رطوبتی برای گلرنگ، از معادله رگرسیونی بین شاخص CWSI با اختلاف دمای پوشش سبز گیاه و دمای هوای مجاور (Tc-Ta) برابر 61/0 به دست آمد که برای منطقه مورد مطالعه و با شرایط پژوهش معرفی شد.
کلید واژگان: برنامه ریزی آبیاری, دمای گیاه, کم آبیاری, گلرنگ, CWSIThe Crop Water Stress Index (CWSI) is a practical method for monitoring plant water status, detecting the onset of moisture stress, predicting crop yield, and irrigation schedule for variouscrops. The CWSI values range from zero to one, where zero indicatesthat the plant is not uunderwater stress and has the most ideal conditions for transpiration, while a value of one signifies maximum water stress and complete cessation of transpiration. The present research was conducted to calculate the CWSI,determine the moisture stress threshold for safflower and identify optimal irrigation management practices by analyzing the relationship between the CWSI and various deficit irrigation managements approaches.The research was carried out over two agricultural seasons, 2020-2021 and 2021-2022at Khuzestan University of Agriculture and Natural Resources. The experiment used a randomized complete blocks design with a conventional irrigation treatment (CI) and four deficit irrigation treatments including (RDI80, RDI60: deficit irrigation adjusted by supplying 80% and 60% of soil moisture deficit, respectively) and (PRD80, PRD60: deficit irrigation in the form of partial root zone drying methods with 80% and 60% of soil moisture deficit, respectively) and with four repetitions. Results showed that the CI treatment had the lowest value of 0.17 and the RDI60 treatment had the highest CWSI at0.67. Irrigation planning was done with the aim of achieving the maximum efficiency of water productivity, and based on this, the relationship between the permissible limit of the temperature difference of the Canopy cover of the plant and the air for the months of March ((Tc-Ta)a = 1.618 - 0.215 VPD), April ((Tc-Ta)a = 2.46-0.220 VPD) and May ((Tc-Ta)a = 4.636-0.164 VPD) were obtained. The moisture stress threshold for safflower was obtained from the regression relationship between the CWSI and the temperature difference of the Canopy cover of the plant and the temperature of the surrounding air (Tc-Ta) equal to 0.61, which was introduced for the study area and with the research conditions
Keywords: CWSI, Deficit Irrigation, Plant Temperature, Safflower, Scheduling Irrigation -
مدل سازی گیاهی به عنوان روشی پرکاربرد برای شبیه سازی عملکرد گیاهان تحت مدیریت های مختلف است. به همین دلیل، در پژوهش حاضر از یک مدل گیاهی آب محور، به نام AquaCrop، برای شبیه سازی و تعیین مقدار و دور آبیاری بهینه در مزارع نیشکر دهخدا استفاده گردید. داده های این پژوهش از مزارع کشت و صنعت دهخدا در طول سه سال زراعی 1401-1399 برداشت شدند. مجموع مساحت تحت مطالعه 230 هکتار بود. نتایج ارزیابی نشان داد که مدل AquaCrop دارای خطای قابل قبول برای شبیه سازی عملکرد (RMSE<5.6 tonha-1) و بهره وری آب (RMSE<2.2 kgm-3) بود. همچنین نتایج کارایی مطلوب (d>0.99)، دقت عالی (NRMSE<0.1) و ضریب تبیین بالا (R2>0.94) نشان داد که می توان به نتایج شبیه سازی این مدل گیاهی اعتماد کرد. به همین دلیل، 21 سناریوی آبیاری با استفاده از مدل AquaCrop شبیه سازی شد تا براساس آن مناسب ترین مقدار و دور آبیاری به دست آید. براساس نتایج، دور آبیاری هفت روز و مقدار آبیاری 33000 مترمکعب در هکتار به صورت آبیاری جوی و پشته انتها بسته به عنوان گزینه مناسب از نظر عملکرد (132 تن در هکتار) و بهره وری آب (4 کیلوگرم بر مترمکعب) تعیین شد. لیکن، این سناریو برای شرایط نرمال آبی است و اگر شرایط تنش آبی ایجاد گردد؛ دور آبیاری حداکثر نه روز و اعمال مقدار آب آبیاری حداقل 21000 مترمکعب در هکتار گزینه بهتری برای اجرا در مزارع کشت و صنعت دهخدا می باشد.کلید واژگان: برنامه ریزی آبیاری, بهره وری آب, مدل سازی گیاهی, مدیریت آبیاریCrop modeling is a widely used method for simulating the crop yield under different irrigation managements. Due that, in the study, a water-driven crop model, AquaCrop, was used to simulate and determine the optimal irrigation quantity and interval in Dehkhoda Sugarcane Cultivation and Industry Group (DH) farms. The data were collected from DH farms during 2019-2021. The total area under study was 230 hectares. The evaluation results showed that the AquaCrop model had an acceptable error for simulating yield (RMSE<5.6 ton ha-1) and water productivity (RMSE<2.2 kg m-3). In addition, the results of favorable efficiency (d>0.99), excellent accuracy (NRMSE<0.1) and high determination of coefficient (R2>0.94) showed that the simulation results of AquaCrop can be trusted. For this reason, 21 irrigation scenarios were simulated using the AquaCrop model in order to obtain the most appropriate irrigation amount and interval. Based on the results, close-end furrow irrigation with interval of seven days and the amount of 33000 m3 ha-1 was determined as a suitable option in terms of yield (132 ton ha-1) and water productivity (4 kg m-3). However, this scenario is for normal water conditions and if water stress conditions are created; a maximum of nine days for irrigation interval and at least 21000 m3 ha-1 is a better option for implementation in DH farms.Keywords: Crop Modeling, Irrigation Management, Irrigation Scheduling, Water Productivity
-
در حال حاضر حدود 90 درصد از جمعیت کشورهای در حال توسعه در مناطق خشک و نیمه خشک زندگی می کنند. لذا شناسایی عوامل کلیدی و موثر بر رشد محصولات کشاورزی با رویکرد افزایش بهره وری مصرف آب، امری ضروری و اجتناب-ناپذیر است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی دقت و کارایی آخرین نسخه مدل AquaCrop برای شبیه سازی عملکرد دانه، زیست توده و بهره-وری مصرف آب گیاه گلرنگ در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی با یک تیمار شاهد (آبیاری معمولی) و چهار تیمار کم-آبیاری شامل (RDI80، RDI60: کم آبیاری تنظیم شده با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) و (PRD80، PRD60: کم آبیاری به صورت خشکی موضعی ریشه ثابت با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) و با چهار تکرار در دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان انجام شد. به منظور ارزیابی قابل اعتماد بودن مدل از برخی شاخص های ارزیابی شامل ریشه دوم میانگین مربعات خطای نرمال (NRMSE)، ضریب توده باقی مانده (CRM)، ضریب تبیین (CD)، درصد حداکثر خطا (ME)، شاخص ویل موت (d) و ضریب کارآیی مدل سازی (EF) استفاده شد. شاخص آماری (NRMSE) برای عملکرد دانه (14/4)، عملکرد بیولوژیکی (16/10) و بهره وری مصرف آب گلرنگ (9/4) به دست آمد و نشان داد، دقت مدل در شبیه سازی، عالی است. نتایج ارزیابی شاخص های E، EF و d برای شبیه سازی و اعتبارسنجی مدل نزدیک به یک به دست آمد.نتایج حاصل از اعتبارسنجی مدل بیانگر دقت و کارایی مناسب مدل در شبیه سازی عملکرد دانه، زیست توده و بهره وری مصرف آب بوده و لذا می توان از این مدل به منظور مدیریت آبیاری گلرنگ در حالت های مختلف کم آبیاری استفاده نمود.
کلید واژگان: آکواکراپ, گلرنگ, کم آبیاریCurrently, about 90 percent of the population of developing countries live in arid and semi-arid areas. Therefore, it is necessary and inevitable to identify the key and effective factors on the growth of agricultural products . The purpose of this research is to evaluate the accuracy and efficiency of the latest version of the AquaCrop model for simulating seed yield, biomass and water productivity efficiency of safflower in the form of a randomized complete block design with one control treatment (Conventional irrigation) and four deficit -irrigation treatments, including (RDI80, RDI60: reduced irrigation adjusted by supplying 80 and 60% of soil moisture deficiency) and (PRD80, PRD60: fixed partial root-zone drying irrigation with supply of 80 and 60% of soil moisture deficiency) and with four repetitions in Khuzestan University of Agriculture and Natural Resources was conducted. In order to evaluate the reliability of the model, some statistical indicator including the average normalized root mean Square error (NRMSE), the Coefficient of Residual Moss (CRM), Coefficient of Determination (CD), maximum error percentage (ME), Wilmot index (d) and the modeling efficiency (EF) was used. The statistical index (NRMSE) was obtained for seed yield (4.14), biological yield (10.16) and water productivity efficiency (4.9) and showed that the accuracy of the model in simulation is excellent. The results of the model validation show the accuracy and efficiency of the model in simulating seed yield, biomass and water productivity efficiency, and therefore, this model can be used to manage safflower irrigation in different states of deficit irrigation.
Keywords: AquaCrop, Safflower, Deficit irrigation -
تخمین تبخیروتعرق گیاه در مناطق خشک و نیمه خشک چالش برانگیز است زیرا این فرایند در طول زمان و مکان بسیار پویا است. هم چنین اندازه گیری این متغیر به صورت میدانی کاری بسیار وقت گیر و هزینه بر است. لذا این پژوهش با هدف ایجاد چارچوبی برای برآورد بهینه تبخیروتعرق گیاه نیشکر در مقیاس مکانی- زمانی با استفاده از چهار مدل یادگیری ماشین (MLR، CART، SVR و GBRT) در ترکیب با داده های سنجش از دور و متغیر های هواشناسی صورت گرفت. هم چنین به منظور کاهش وابستگی به پارامترهای متعدد هواشناسی در روش های مرسوم برآورد تبخیروتعرق، هشت مدل مختلف تجربی مبتنی بر دما و چهار مدل اصلاحی هارگریوز سامانی نسبت به مدل استاندارد فایو- پنمن- مانتیث ارزیابی شد. بدین منظور داده های هواشناسی از ایستگاه هواشناسی کشت و صنعت نیشکر حکیم فارابی در دوره زمانی سه ساله (1400-1397) گردآوری شدند. نه ترکیب مختلف از متغیرهای ورودی (داده های سنجش از دور و متغیر های هواشناسی) براساس روش Information Gain Ratio طراحی شدند و سپس توسط الگوریتم های یادگیری ماشین ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که بیش ترین دقت مدل های یادگیری ماشین براساس آماره هایR2 ، RMSE و MAE به ترتیب در مدل های CART (99/0، 41/0 و 18/0) و GBRT (99/0، 65/0 و 26/0) به دست آمد. هم چنین از بین روش های تجربی مبتنی بر دما، روش ایوانف با R2 برابر 91/0 و روش بایر رابرتسون با R2 برابر 78/0 به ترتیب بهترین و ضعیف ترین عملکرد را ثبت کردند. به طورکلی روش سنجش از دور در ترکیب با مدل های یادگیری ماشین توانست مقادیر بهتر و دقیق تری از تبخیروتعرق گیاه را در مقیاس زمان و مکان ارایه نماید.
کلید واژگان: درخت تصمیم, رگرسیون بردار پشتیبان, شاخص های طیفی, مدل درخت گرادیان بوستینگ, مدل های تجربیEstimating crop evapotranspiration (ETc) in arid and semi-arid areas can be difficult due to the dynamic nature of this process across both time and space. In addition, obtaining on-site measurements for this variable can be very time-consuming and costly. This study aimed to develop a framework that accurately estimates the sugarcane crop evapotranspiration on a spatio-temporal scale. This was achieved using four machine learning (ML) algorithms (MLR, CART, SVR, and GBRT) combined with remote sensing (RS) data and meteorological variables. Also, to reduce the dependence on several meteorological parameters in conventional ETc equations, the performance of eight different experimental temperature-based methods and four modified Hargreaves & Samani equations was evaluated compared to the standard FAO-Penman-Monteith method. For this purpose, weather data were collected from Hakim Farabi Sugarcane Agro-Industrial meteorological station for three years (2018-2021). Nine combinations of input variables (RS data and meteorological variables) were designed based on the IGR method and then evaluated by the ML algorithms. The results showed that the highest accuracy of ML algorithms based on R2, RMSE, and MAE statistics was obtained in CART (0.99, 0.41, and 0.18) and GBRT algorithms (0.99, 0.65, and 0.26), respectively. Regarding temperature-based methods, Ivanov’s equation had the best performance with an R2 of 0.91, while Baier and Robertson’s equation had the weakest performance with an R2 of 0.78 when estimating ETc. Overall, the combination of RS and ML algorithms effectively produced more precise and reliable ETc values on both temporal and spatial scales.
Keywords: Decision Tree, experimental models, Gradient boosted regression tree, spectral indices, Support vector machine -
مقدمه و هدف
در سال های اخیر، استفاده از مدل SWAT به عنوان ابزاری متداول برای شبیه سازی دبی جریان، تولید رسوب و ارزیابی سناریوهای مختلف برای کاهش تولید رسوب و رواناب مورد استفاده قرار گرفته است. پژوهش حاضر نیز با هدف ارزیابی تغییرات رواناب و رسوب تحت تاثیر کاهش آب آبیاری استفاده از مدل SWAT در شبکه آبیاری و زهکشی رودخانه دز صورت گرفته است.
مواد و روشواسنجی و اعتبارسنجی مدل برای شبیه سازی رواناب (ایستگاه های شوشتر، عرب اسد، پل شاوور، حرمله و بامدژ) و رسوب (ایستگاه های شوشتر، پل شاوور، حرمله و بامدژ) با استفاده از داده های آماری سال های 1995 تا 2012 میلادی و 2013 تا 2017 میلادی انجام شد. نتایج شبیه سازی نیز با استفاده از ضرایب R2 و NSE مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس سناریوهای 10، 20 و 30 درصد کاهش آب آبیاری برای ارزیابی تاثیر آن ها بر رواناب و رسوب منطقه مورد مطالعه به مدل معرفی شد.
یافته هانتایج حاصل از ارزیابی مدل با استفاده از ضرایب R2 و NSE نشان دهنده عملکرد مناسب مدل در شبیه سازی پارامترهای مذکور میباشد. نتایج حاصل از ارزیابی سناریوهای کاهش 10، 20 و 30 درصدی آب آبیاری نشان می دهد، که اعمال سناریو 10 درصد کم ترین تاثیر را بر میزان رسوب داشته است. از طرفی اعمال سناریو 30 درصد کاهش آب آبیاری موجب افزایش رواناب (60-30 درصد) به دلیل کاهش برداشت از رواناب برای مصارف آبیاری و به تبع آن افزایش میزان رسوب (50-20 درصد) شبکه آبیاری و زهکشی رودخانه دز می شود. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزایش میزان رواناب حوضه به خصوص در فصول پرآب موجب افزایش فرسایش و بالتبع آن افزایش رسوب در حوضه شده است. بنابراین می توان بیان نمود که زمان اعمال سناریو و ویژگی های خاک منطقه موثرترین مولفه بر میزان رواناب و رسوب حوضه میباشند.
نتیجه گیریمطابق نتایج به دست آمده با توجه به تاثیر رواناب بر فرسایش و میزان رسوب موجود در یک حوضه استفاده از روش های کنترل و کاهش رواناب نظیر عملیات آبخیزداری، سازه های مهار و ذخیره رواناب و استفاده از روش های نوین آبیاری برای جلوگیری از کاهش فرسایش خاک امری ضروری می باشد. چرا که روش های سنتی آبیاری علاوه بر تلفات آب، موجب کاهش حاصل خیزی خاک و افزایش رسوب در زه آب خروجی اراضی کشاورزی می شوند. در اراضی که به روش های سنتی آبیاری می شوند، در بعضی مواقع مقدار آب مصرفی بیش تر از ظرفیت نفوذ خاک می باشد. که این امر موجب فرسایش لایه سطحی خاک توسط رواناب تاشی از تجمع آب می شود. بنابراین رویکرد های مدیریت زراعی در حوضه های مستعد فرسایش خاک بایستی برروی روش های نوین آبیاری با حداقل خروجی رواناب و زه آب متمرکز گردد.
کلید واژگان: سناریو مدیریتی, شبیه سازی, فرآیند هیدرولوژیکی, فرسایش, منابع آبIntroduction and ObjectiveIn recent years, the use of SWAT model has been used as a common tool for simulating flow rate, sediment production and evaluating different scenarios to reduce sediment production and runoff. The current research also aims to evaluate the changes in runoff and sediment under the influence of irrigation water reduction, using the SWAT model in the irrigation and drainage network of Dez River.
Material and MethodsRecalibration and validation of the model for simulating runoff (Shoshtar, Arab Asad, Shavor Bridge, Harmeleh and Bamdej stations) and sedimentation (Shoshtar, Shavor Bridge, Harmaleh and Bamdezh stations) using statistical data from 1995 to 2012 and 2013 It was done until 2017. The simulation results were also evaluated using R2 and NSE coefficients. Then the scenarios of 10, 20 and 30% reduction of irrigation water were introduced to the model to evaluate their effect on runoff and sedimentation of the study area.
ResultsThe results of model evaluation using R2 and NSE coefficients indicate the appropriate performance of the model in simulating the mentioned parameters. The results of the evaluation of scenarios of 10, 20 and 30 percent reduction of irrigation water show that applying the 10 percent scenario had the least impact on the amount of sedimentation. On the other hand, applying the scenario of 30% reduction of irrigation water will increase the runoff (30-60%) due to the reduction of the collection of runoffs for irrigation purposes and consequently the increase of the amount of sediment (20-50%) in the irrigation and drainage network of Dez River. The obtained results indicate that the increase in the amount of runoff in the basin, especially in the rainy season, has caused an increase in erosion and consequently an increase in sediment in the basin. Therefore, it can be stated that the time of applying the scenario and the characteristics of the soil in the area are the most effective components on the amount of runoff and sediment in the basin.
ConclusionAccording to the results obtained, according to the effect of runoff on erosion and the amount of sediment in a watershed, it is necessary to use methods to control and reduce runoff, such as watershed operations, structures to contain and store runoff, and use modern irrigation methods to prevent soil erosion. Because traditional irrigation methods, in addition to water losses, cause a decrease in soil fertility and an increase in sediment in the drains of agricultural lands. In lands that are irrigated by traditional methods, sometimes the amount of water used is more than the infiltration capacity of the soil. This causes erosion of the surface layer of the soil by the runoff from water accumulation. Therefore, agricultural management approaches in basins prone to soil erosion should be focused on modern irrigation methods with minimum runoff and drainage output.
Keywords: Erosion, Hydrological Process, Management Scenario, Simulation, Water Resources -
مدلسازی زمانی-مکانی رطوبت خاک با استفاده از داده های سنجش از دور نوری-حرارتی و مدل های یادگیری ماشینبرآورد و پایش زمانی-مکانی رطوبت خاک سطحی براساس مشاهدات سنجش از دوری (نوری و حرارتی) بدلیل ماهیت فیزیکی در شرایط پوشش گیاهی متراکم چالش برانگیز است که نیاز به بهبود و افزایش دقت تخمین رطوبت خاک در این مناطق را ضروری می سازد. لذا این پژوهش با هدف توسعه یک رویکرد جدید در برآورد رطوبت خاک سطحی در مزارع کشاورزی با شرایط پوشش گیاهی متراکم، براساس ترکیب داده های سنجش از دور نوری-حرارتی و اطلاعات فیزیکی خاک با استفاده از مدل های یادگیری ماشین انجام شد. بدین منظور از 16 تصویر ماهواره لندست-8 و بیش از 430 نقطه کنترل زمینی در طول دوره رشد گیاه نیشکر در سال زراعی 1399-1398 در منطقه کشت و صنعت نیشکر حکیم فارابی خوزستان استفاده گردید. 10 سناریوی مختلف براساس متغیرهای ورودی طراحی شد و سپس توسط پنج الگوریتم یادگیری ماشین شامل رگرسیون خطی چندگانه، مدل های مبتنی بر درخت تصمیم (classification and regression tree و M5-pruned) و مدل های مبتنی بر یادگیری جمعی (رگرسیون درختان توسعه یافته و رگرسیون جنگل تصادفی) مورد ارزیابی قرار گرفتند. مطابق با نتایج، بیشترین همبستگی متغیرها با رطوبت خاک سطحی در شاخص های خیسی خاک و رطوبت خاک نرمال شده با مقادیر ضریب همبستگی برابر 79/0 و 69/0 مشاهده شد. همچنین بیشترین دقت مدل های یادگیری ماشین بر اساس آماره هایR2 ، RMSE و MAE به ترتیب در مدل های رگرسیون درختان توسعه یافته (99/0، 011/0 و 001/0) و رگرسیون جنگل تصادفی (99/0، 014/0 و 007/0) به دست آمد. به طور کلی یافته های این پژوهش بیان گر اهمیت استفاده از ویژگی های بیوفیزیکی مستخرج از دادههای ماهواره لندست-8 در ترکیب با مدل های یادگیری جمعی است که می تواند مستقل از هرگونه اندازه گیری زمینی باشد.کلید واژگان: پوشش گیاهی متراکم, خصوصیات فیزیکی خاک, رطوبت خاک, سنجش از دور, مدل های یادگیری ماشینSpatiotemporal estimation and monitoring of soil moisture based on remote sensing observations (optical and thermal) is challenging due to its physical nature in high vegetation conditions, necessitating improving and increasing the accuracy of soil moisture estimation in these areas. Therefore, this research aimed to develop a new approach to estimating surface soil moisture in agricultural fields with dense vegetation using machine learning algorithms by incorporating optical and thermal remote sensing data and soil physical properties. For this objective, 16 Landsat-8 satellite images and more than 430 control locations were used during the sugarcane crop’s growth period in 2018-2019 at the Hakim Farabi Sugarcane Agro-Industrial company in the Khuzestan province of Iran. A set of 10 scenarios of various unique combinations of the available input variables were developed and then evaluated by five machine learning algorithms, including multiple linear regression (MLR), decision tree-based algorithms (CART and M5P), and ensemble learning-based algorithms (gradient-boosted regression trees (GBRT) and random forest regression (RFR)). According to the results, the highest correlation between input variables and surface soil moisture was observed in Soil Wetness Index (SWI) and Normalized Soil Moisture Index (NSMI) with R values of 0.79 and 0.69, respectively. Also, the highest accuracy of machine learning algorithms based on R2, RMSE, and MAE results was obtained in GBRT (0.99, 0.011, and 0.006) and RFR (0.99, 0.014, and 0.007), respectively. In general, the findings of this research show the importance of using variables based on Landsat-8 remote sensing data in combination with ensemble learning algorithms that can be independent of any ground measurements.Keywords: High vegetation, machine learning algorithms, remote sensing, Soil moisture, soil physical properties
-
به منظور انجام شبیه سازی میزان عملکرد و بهره وری آب گیاه خیار (Cucumis sativus L.) آزمایشی در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی با سه سطح آبیاری 100، 85 و 75 درصد نیازآبی در دو فصل کشت طی سال های 1397 و 1398 اجرا و از شبکه های عصبی پرسپترون (MLP) و روش ماشین بردار پشتیبان (SVM) استفاده گردید و در نهایت جهت انتخاب مدل مناسب و بهینه از شاخص های ضریب تبیین، میانگین مربعات خطا و میانگین مربعات خطای نرمال شده استفاده شد. میزان آب آبیاری،، تعداد برگ روی بوته، دما، میزان تبخیر و میزان رطوبت نسبی به عنوان داده های ورودی انتخاب شدند و به ترتیب 60، 20 و 20 درصد کل داده ها، به ترتیب برای آموزش، اعتبارسنجی و آزمون مدل اختصاص یافت. نتایج نشان داد که شبکه عصبی MLP با ورودی های میزان آب آبیاری و تعداد برگ به ترتیب با داشتن ضریب تبیین 92/0 و 86/0 دقت بیشتری در شبیه سازی میزان عملکرد میوه و بهره وری آب مصرفی در گیاه خیار داشت. نتایج آنالیز حساسیت حاکی از آن بود که پارامتر ورودی آب آبیاری به ترتیب با ضریب حساسیت 9/0 و 86/0 مهمترین پارامتر موثر بر مدل بهره وری آب مصرفی و عملکرد میوه خیار می باشد.
کلید واژگان: پرسپترون, ماشین بردار پشتیبان, شبکه عصبی, آنالیز حساسیت, کم آبیاریIn order to simulate the yield and water productivity of cucumber plant (Cucumis sativus L.), an experiment was conducted in the form of a completely randomized block design with three irrigation levels of 100, 85 and 75% of the water requirement in two growing seasons during 2017 and 2018 and using perceptron neural networks (MLP) and support vector machine (SVM) methods were used and finally, to select the appropriate and optimal model, the indices of explanatory coefficient, mean squared error and normalized mean squared error were used. The amount of irrigation water, number of leaves on the plant, temperature, evaporation rate and relative humidity were selected as input data and 60%, 20% and 20% of the total data were allocated for training, validation and testing of the model, respectively. The results showed that the MLP neural network with the inputs of irrigation water and number of leaves was more accurate in simulating fruit yield and water productivity in cucumber plants with an explanation coefficient of 0.92 and 0.86, respectively. The results of the sensitivity analysis indicated that the irrigation water input parameters are the most important effective parameters on the water consumption efficiency model and cucumber fruit yield with sensitivity coefficients of 0.9 and 0.86, respectively.
Keywords: Perceptron, Support Vector Machine, Neural Network, Sensitivity analysis, dehydration -
گلرنگ (Carthamus tinctorius L) یک محصول دانه روغنی چند منظوره است که عمدتا برای تولید روغن خوراکی با کیفیت بالا و غنی از اسیدهای چرب غیر اشباع، به طور گسترده در مناطق خشک و نیمه خشک کشت می شود . هدف از این مطالعه، بررسی اثر روش های کم آبیاری)تنظیم شده RDI و خشکی موضعی ریشه PRD بر عملکرد، اجزاء عملکرد و بهره وری مصرف آب گلرنگ می باشد که در دو فصل زراعی 1400-1399 و 1401-1400 در دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با یک تیمار شاهد (آبیاری معمولی) و چهار تیمار کم آبیاری در چهار تکرار انجام شد. نتایج نشان داد، روش های مختلف کم آبیاری اثر کاهشی معنی داری بر صفات ارتفاع گیاه، تعداد دانه در طبق، وزن هزاردانه، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکی و عملکرد روغن داشت. در مقایسه تیمارهای کم آبیاری RDI80 و PRD80 بیشترین عملکرد دانه (4/3 تن در هکتار) و عملکرد روغن (7/845 کیلوگرم در هکتار) و همچنین بالاترین مقدار شاخص بهره وری مصرف آب از تیمار RDI80 حاصل شد. همچنین در مقایسه تیمارهای RDI60 و PRD60 بیشترین عملکرد دانه (2/2 تن در هکتار) و عملکرد روغن (584 کیلوگرم در هکتار) از تیمار PRD60 بدست آمد. بنابراین با توجه به نتایج بدست آمده می توان استفاده از روش کم آبیاری تنظیم شده RDI80 برای کاهش 20 درصد و روش کم آبیاری خشکی موضعی ریشه PRD60 برای 40 درصد صرفه جویی در مصرف آب برای کشت گلرنگ در مناطق گرم و خشک با محدودیت منابع آبی توصیه کرد.
کلید واژگان: گلرنگ, خشکسالی کم آبیاری تنظیم شده, خشکی موضعی ریشه, بهره وری مصرف آبSafflower (Carthamus tinctorius L.) is a multipurpose crop that is widely grown in arid and semi-arid regions of the world, mainly to produce high-quality edible oil rich in unsaturated fatty acids. The objective of this study is to investigate the effects of regulated deficit irrigation (RDI) and partial root zone drying (PRD) methods on yield, yield components and water productivity efficiency of safflower. This study was conducted in the Experimental Research Station located in Agricultural and Natural Resources Sciences University of Khuzestan during the 2020 to 2021 and 2021 to 2022 growing seasons. The experiment was designed as a completely randomized block with one control treatment (Conventional irrigation) and 4 deficit irrigation treatments and in four replications. The results showed that the different irrigation methods had a significant and decreasing effect on plant height, number of seeds per plant, thousand seed weight, seed yield, biological yield and oil yield traits. Comparing RDI80 and PRD80 treatments, the highest seed yield (3.4 tons/ha) and oil yield (845.7 kg/ha) and the highest value of water productivity index was obtained from RDI80 treatment. Also, comparing RDI60 and PRD60 treatments, the highest seed yield (2.2 tons/ha) and oil yield (584 kg/ha) was obtained from PRD60 treatment. Therefore, according to the obtained results, it is recommended to use the RDI80 regulated deficit irrigation method to reduce 20% and the PRD60 partial root zone drying method to save 40% of water requirement for safflower cultivation in hot and dry areas with limited water resources.
Keywords: Safflower, Drought, Regulated Deficit irrigation, Partial root-zone, Water Productivity -
به منظور بررسی تاثیر روش های کم آبیاری بر خیار کشت شده تحت شرایط گلخانه ای آزمایشی در قالب طرح بلوک کاملا تصادفی با سه سطح آبیاری 100، 85 و 75 درصد نیازآبی در 2 فصل کشت طی سال های 1397 و 1398 انجام گرفت. عملکرد و شاخص های کمی و کیفی عملکرد در طول آزمایش اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که در کشت اول در تیمارهای 85 و 75 درصد نیاز آبی به ترتیب میزان بهره وری مصرفی آب نسبت به تیمار شاهد به میزان 12/6 و 73/15 درصد کاهش یافته است. همچنین در کشت دوم در تیمارهای 85 و 75 درصد نیاز آبی میزان بهره وری مصرفی آب نسبت به تیمار شاهد به میزان 4/3 و 6/12 درصد کاهش یافته است تجزیه و تحلیل داده های مربوط به عملکرد و شاخص های عملکرد و شاخص های رشد گیاه نشان داد که با کاهش میزان مصرف آب بهره وری مصرف آب و عملکرد به طور معنی داری کاهش می یابد.
کلید واژگان: خیار, عملکرد, بهره وری مصرف آب, کم آبیاریIn order to investigate the effect of irrigation deficit on cucumbers grown in greenhouse conditions, an experiment was conducted in a completely randomized block design with three irrigation levels of 100, 85 and 75% water requirement in two growing seasons during the years 2018 and 2019.Performance and quantitative and qualitative performance indicators were measured during the experiment. The results showed that in the first crop of treatments of 85 and 75 percent of water requirement, the amount of water consumption productivity decreased by 6.12 and 15.73 percent compared to the control treatment, respectively. Also in the second crop, the amount of water consumption in treatments of 85 and 75% of water requirement compared to the control treatment has decreased by 3.4 and 12.6%. Analysis of data related yield indices and plant growth indices showed that with decreasing water consumption, water productivity and performance are significantly reduced.
Keywords: Cucumber, performance, Water Use Efficiency, irrigation -
در این مطالعه با هدف بررسی استفاده از زیولیت کلینوپتیلولیت به عنوان جاذب در حذف آلاینده های نیترات، فسفات و شوری از زهاب کشاورزی، به منظور تعیین سطوح مناسب پارامترهای موثر بر جذب آلاینده ها، آزمایش ها به صورت ناپیوسته با لحاظ نمودن اثر پارامترهای قطر ذرات جاذب، غلظت آلاینده ها، میزان شوری، دما، زمان ماند، pH و غلظت جاذب انجام پذیرفت و سپس، آزمایش های جذب توسط ساخت یک مدل زهکشی بررسی گردید. آزمایش های جذب در چهار مدل که شامل مدل شاهد (D0)، جاذب در اطراف زهکش (D1)، جاذب در محیط ریشه گیاه (D2) و جاذب در سطح خاک (D3) بود، به وسیله زهاب طبیعی خروجی از زهکش های مزارع جنوب خوزستان، تحت شرایط مناسب پارامترهای موثر انجام پذیرفت. نتایج حاصل از این پژوهش حاکی از آن است که، میزان حذف آلاینده ها و شوری در شرایطی که قطر ذرات جاذب برابر 1000 میکرومتر، غلظت جاذب برابر 30 گرم بر لیتر، pH برابر پنج، غلظت آلاینده های ورودی دارای مقادیر ، 80 میلی گرم بر لیتر نیترات، 10 میلی گرم بر لیتر فسفات و شوری 12 دسی زیمنس بر متر، زمان ماند برابر 90 دقیقه و دمای محیط برابر 50 درجه سانتی گراد درنظر گرفته شود، بازدهی حذف نیترات، فسفات و شوری به ترتیب برابر 63، 39 و 79 درصد خواهد شد. با استفاده از این سطح پارامترها در مدل های زهکشی مورد مطالعه، در حالتی که جاذب کلینوپتیلولیت در اطراف محیط زهکش قرار دارد (D1)، راندمان حذف برابر 72/59 درصد ، 28/29 درصد و 47/77 درصد به ترتیب در حذف نیترات، فسفات و شوری به دست آمد.کلید واژگان: جذب, راندمان حذف, گیاه نی, مزارع خوزستان, جاذب طبیعیThis study examined the feasibility of using zeolite clinoptilolite to filter nitrate, phosphate pollutants and salt from the agricultural drainage water. To that end, significant pollutant absorption parameters, such as adsorbent particle size, pollutant concentration, salinity, temperature, retention time, pH, and adsorbent concentration were optimized in the batch condition. Having optimized the parameters, the researchers conducted adsorption experiments on an experimental model, similar to the subsurface drainage systems applied in farms. Adsorption experiments were carried out at the optimized parameter levels on four models, namely a reference model (D0), a model with adsorbents around the drains (D1), a model with adsorbents around the plant roots (D2), and a model with adsorbents on the soil surface (D3). These models were fed with untreated drainage water from the farms in the south of Khuzestan during the fertilization season. The results showed 63 percent nitrate removal efficiency, 39 percent phosphate removal efficiency and 79 percent salt removal efficiency by using 30 g.L-1 of 1000 µm adsorbent particles for a pH of 5, initial pollutant concentration of 80 mg.L-1 nitrate and 10 mg.L-1 phosphate in 12 dS/m salinity during a 90-minute retention time period at 50 °C ambient temperature. These parameter levels led to nitrate, phosphate, and salt removal efficiencies of 59.72 percent, 29.28 percent, and 77.47 percent respectively, in the model with clinoptilolite adsorbents around the drains (D1).Keywords: adsorption, Removal Efficiency, Phragmites australis, Farms of Khuzestan, Natural adsorbent
-
این پژوهش به منطور بررسی اثر نانو ذرات سیلیکا بر عملکرد و بهره وری آب گیاه خیار و تعیین مناسبترین روش کاربرد نانو ذرات سیلیکا (تغذیه برگ و ریشه) انجام گردید.آزمایشی در قالب طرح فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کاملا تصادفی با 4 تکرار در دو فصل کشت طی سال های 1397 و 1398 در گلخانه دانشگاه شهید چمران اهواز ایران انجام شد. تیمارها شامل نانوذرات سیلیکا با غلظت های 0، 25، 50، 75 و 100ppm و دو روش کاربرد محلول پاشی بر برگ و تغذیه ریشه ای انجام گرفت.نتایج نشان داد که بیشترین و کمترین مقدار وزن میوه در کشت اول و دوم به ترتیب در تیمار 50 میلیگرم در لیتر نانوذرات به روش محلولپاشی برگی (کشت اول: وزن 0484 گرم و کشت دوم:وزن 8039 گرم) و 0 میلی گرم در لیتر نانوذرات به روش محلولدهی ریشه ای (کشت اول: وزن 7700 گرم و کشت دوم: وزن 6280 گرم) رخ داده است. همچنین بیشترین مقداربهره وری مصرف آب مربوط به تیمار نانوذرات با غلظت 50 ppm تحت محلول پاشی روی برگ (کشت اول: 71/32و کشت دوم: 64/83) بود.این مطالعه نشان داده است که استفاده از نانوذرات سیلیکا می تواند روی رشد گیاه و عملکرد خیار تاثیر مثبت بگذارد و به ترتیب سبب افزایش 32/11و 21/2درصدی محصول در کشت اول و دوم نسبت به تیمار شاهد شد. کاربرد نانوذرات سبب افزایش بهره وری مصرف آب و افزایش عملکرد گیاه خیار شده و استفاده از نانوذرات سیلیکا با غلظت 50 ppm به صورت محلول پاشی بر روی برگ می تواند گزینه مناسبی جهت افزایش عملکرد در خیار شود.
کلید واژگان: نانو ذرات, عملکرد خیار, فناوری زیستی, سیلیکا, خیارThis study was conducted to investigate the effect of silica nanoparticles on the yield and water productivity of cucumber plant and to determine the most appropriate method of application of silica nanoparticles (leaf and root nutrition)In order to investigate the effects of silica nanoparticles on cucumber yield, an experiment was conducted in a factorial design based on completely randomized block design with 4 replications in two growing seasons during 2018and2019 in the greenhouse of Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran. Treatments included silica nanoparticles with concentrations of 0,25,50,75 and 100 ppm and two methods of foliar application on leaves and root feeding.The results showed that the highest and lowest values of fruit weight in the first and second crops were in the treatment of 50mg/l nanoparticles by foliar application (first crop:weight10484.3and second crop:weight8039g) and 0mg/l nanoparticles were obtained by root solution (first culture:weight7700g and second culture: weight6280g). Also, the highest amount of water productivity was related to the treatment of nanoparticles with a concentration of 50ppm under foliar application (first culture:71.32and second culture:64.83).This study showed that the use of silica nanoparticles can have a positive effect on cucumber yield and caused a 32.11and21.2% increase in yield in the first and second crops, respectively, compared to the control treatment. The use of nanoparticles increases water productivity and increases cucumber plant yield, the use of silica nanoparticles with a concentration of 50 ppm as foliar application on the leaves can be a good option to increase yield in cucumber.
Keywords: Nanoparticles, Cucumber Yield, Biotechnology, Silica, Cucumber -
مطالعه حاضر با هدف بررسی اثرات محیط زیستی تولید نیشکر در شرکت کشت و صنعت حکیم فارابی با روش ارزیابی چرخه حیات در سال زراعی 1398 انجام شد. واحد کارکردی در این پژوهش معادل تولید یک تن محصول نیشکر در نظر گرفته شد. اطلاعات مورد نیاز به روش مصاحبه رو در رو با مدیران و کارشناسان گردآوری شد. نتایج نشان داد که در گروه های اثر مورد مطالعه سوخت دیزل، الکتریسیته، کود اوره و انتشارات مستقیم مزرعه ای ناشی از تهیه قلمه نیشکر در تمام بخش ها بیشترین تاثیر را داشتند. نتایج ارزیابی نشان داد که طبقه اثر مسمومیت آب های آزاد، 86/103447 معادل کیلوگرم دی کلروبنزن برای هر تن نیشکر به محیط منتشر می کند که دارای پتانسیل بیشتری برای آسیب به محیط زیست است. پس برای بررسی اثرات کشت نیشکر بر طبقات اثر سه سناریو به منظور کاهش مصرف آب، کاهش مصرف کودها و سموم شیمیایی و کاهش مصرف الکتریسیته و سوخت دیزل تعریف شد. میزان انتشار این گروه اثر بعد از اعمال سناریو های اول، دوم و سوم به ترتیب 6/99714، 02/95628 و 77/91894 کیلوگرم دی کلروبنزن تخمین زده شده است. میزان انتشار گازهای گلخانه ای N2O، CO2 و CH4 به ازای هر تن نیشکر تولیدی به ترتیب 915/0، 261 و 506/0 کیلوگرم برآورد شد. میزان انتشار N2O بعد از اعمال سناریو ها به ترتیب به 871/0، 827/0 و 784/0کیلوگرم، میزان انتشار CO2بعد از اعمال سناریو ها به ترتیب به 251، 240 و 230 کیلوگرم و میزان انتشار CH4 بعد از اعمال سناریو ها به ترتیب به 491/0، 475/0 و 460/0 کیلوگرم کاهش یافتند.
کلید واژگان: اثرات محیط زیستی, نیشکر, انتشار گازهای گلخانه ای, ارزیابی چرخه حیاتThe purpose of this study was to investigate the environmental impacts of sugarcane production in Hakim Farabi Agro-Industry Company through life cycle assessment method in the 2019 crop year. The production of one ton of sugarcane considered as the functional unit. The required data was collected through face-to-face interviews with managers and experts. The results indicated that diesel fuel, electricity, urea fertilizer and direct field emissions from sugarcane cuttings had the greatest effect on all sectors in the studied effect groups. The evaluation showed that Marine aquatic Ecotoxicity released 103447.86 kg 1, 4-DB per one ton of sugarcane which has the highest potential for environmental damage. Therefore, three scenarios were defined to evaluate the effects of sugarcane cultivation on the impact categories in order to reduce water consumption, reduce fertilizers and chemical pesticides consumption and reduce electricity and diesel fuel consumption. The emission rate of this impact category after applying the first, second and third scenarios is estimated to be 99714.6, 95628.02 and 91894.77 kg 1, 4-DB per one ton of sugarcane, respectively. N2O, CO2 and CH4 greenhouse gas emissions were estimated to be 0.915, 261 and 0.506 kg, respectively. After applying the scenarios, CO2, CH4 and N2O emissions were estimated as follows: N2O emissions were 0.871, 0.827 and 0.784 kg, respectively, CO2 emissions were 251, 240 and 230 kg, respectively and CH4 emissions were 0.491, 0.475 and 0.460 kg, respectively.
Keywords: environmental effects, Sugarcane, greenhouse gas emissions, Life Cycle Assessment -
The salinity of water and soil resources and lack of appropriate quality water resources are major threats to agricultural development in arid and semiarid regions such as Iran, Khouzestan province. The implementation of haloculture projects causes the availability of saline water resources in these areas. Therefore, the study on the effects of salinity on seed generation was the essential aim of current research. In this study, because of the importance of nutrition, medical and industrial of Chia (Salvia hispanica L.), Guar (Cyamopsis tetragonoloba L.), Luffa (Luffa cylindrical L.), and Karela (Momordica charantia L.), the effect of saline water on seed germination indices were evaluated. The seed germination indices consisted of germination percentage (Gp%), the coefficient of the velocity of germination (Gi), seed vigor index (Vi), germination uniformity (GU), salinity tolerance index (STI), dry weight, fresh weight, and the percentage of moisture of the radical and plumule were determined under salinity stress. To achieve the aims of the current study, four salinity levels were used, including Karoon River water (as a control treatment) with an average electrical conductivity of 1.21 dS /m and diluted drain water with an electrical conductivity of 5, 10, 15, 20 dS/m (S1, S2, S3, S4, S5, respectively) in three replications (R1, R2, and R3). The experimental design was completely random. The analysis of variance of measured indices in the experiment showed that the effects of salinity on germination percentage of Guar and Luffa at 1% and Karela and Chia at 5% level of probability were significantly affected by salinity stress. The effect of salinity on the velocity of germination of the studied species was significant. Also, the salinity effect on the seed vigor index of Guar and Chia was significant at the 1% level. Increasing salinity significantly decreased the seed vigor index in the mentioned species. According to the results of this study, among four seeds, Chia and Guar were identified as the most tolerant plant to salinity stress in the seedling stage.Keywords: Germination, Drain Water, Sensitivity, Chia, Guar, Luffa
-
این مطالعه با هدف بررسی امکان استفاده از سامانه های تالاب مصنوعی در حذف آلاینده های نیترات، فسفات و شوری از زهاب کشاورزی انجام گرفته است. بدین منظور دو سامانه تالاب مصنوعی زیرسطحی با جریان عمودی و افقی در مقیاس پایلوت به صورت متوالی استفاده شد، که بستر آنها ابتدا توسط شن بادامی به ابعاد mm3-2، بعنوان ماده بستر به ارتفاع m1/0 پر شد، سپس اطراف محیط لوله زهکش به ارتفاع m2/0 از ترکیب شن و زیولیت کلینوپتیلولیت به نسبت 70 به 30 پر گردید. سامانه های مورد مطالعه با حضور و بدون حضور گیاه نی بررسی گردیدند و سپس با استفاده از زهاب کشاورزی حاوی آلاینده های نیترات، فسفات و شوری با غلظت های به ترتیب 80 میلی گرم بر لیتر، 10 میلی گرم بر لیتر و 12 دسی زیمنس بر متر، تاثیر انواع سامانه های تالاب و وجود گیاه بر بازده و راندمان حذف آلاینده ها مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با ادامه روند عبور آلاینده ورودی از بستر سامانه ها، راندمان حذف آلاینده ها هم در تالاب با گیاه نی و هم فاقد گیاه کاهش می یابد. راندمان حذف آلاینده ها به ترتیب در سامانه های ترکیبی افقی - عمودی، عمودی - افقی، تالاب با جریان زیر سطحی افقی و تالاب با جریان زیرسطحی عمودی با حضور گیاه نی برابر با 39/69 ، 81/65 ، 73/59 ، 94%/57 و در تالاب بدون گیاه نی برابر با 40/60، 16/57، 58/55، %91/53 محاسبه شد. در نهایت می توان نتیجه گرفت که سیستم تالاب مصنوعی ترکیبی با جریان زیرسطحی افقی - عمودی و در حضور گیاه نی با کارایی یالاتر قادر به حذف قابل قبول آلاینده های نیترات، فسفات و شوری می باشد.کلید واژگان: نیترات, فسفات, شوری, تالاب مصنوعی, کلینوپتیلولیتThis study was carried out to investigate the feasibility of using Constructed Wetland (CW) systems in removing nitrate and phosphate pollutants and salts from agricultural runoff. For this purpose, two Subsurface-Flow Constructed Wetlands (SFCW) were used in series; one with horizontal flow and another with vertical flow. These wetlands were first filled with gravel (2-3 mm in size) as a bed material with a height of 0.1 m (according to EPA recommendations). The drain pipes were then covered with a 0.2 m layer of 70:30 gravel–zeolite-clinoptilolite mixture. The systems were studied with and without planted phragmites australis (common reed), and their performance were investigated in terms of pollutant removal efficiency using agricultural runoff containing 12 dS.m-1 salinity, 80 mg.L-1 nitrate and 10 mg.L-1 phosphate. It was found that as pollutants continue to pass through the beds, the removal efficiency is reduced in wetlands with and without planted reed. The final efficiencies of hybrid HF–VF CW, VF–HF CW, VSFCW, and HSFCW models were calculated to be 69.39, 65.81, 73.57, and 94.75% in the wetland with planted reeds and 60.40, 57.16, 55.58, and 53.91% in the wetland without planted reed, respectively. Finally, it is concluded that the hybrid HF–VF CW with the presence of reed plant and with higher efficiency offers an acceptable level of nitrate, phosphate, and salt removal.Keywords: Nitrate, Phosphate, salinity, constructed wetland, Clinoptilolite
-
کینوا گیاهی باارزش غذایی مطلوب و پتانسیل رشد و تولید در شرایط نامساعد محیطی می باشد که در برابر شوری تحمل بالایی دارد. استفاده مجدد از زه آب کشاورزی یک روش طبیعی و مهم در مدیریت زه آب می باشد که موجب افزایش درآمد کشاورزان، تولید پایدار و امنیت غذایی خواهد شد؛ بنابراین این مطالعه با هدف بررسی اثر آبیاری با زه آب بر عملکرد گیاه کینوا در قالب طرح کاملا تصادفی با پنج سطح شوریS1، S2، S3، S4 و S5 (به ترتیب با شوری دو، ده، 20، 30 و 40 دسی زیمنس بر متر) و سه تکرار در لایسیمتر هایی به قطر و ارتفاع 6/0 و 8/0 متر در مزرعه تحقیقاتی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه شهید چمران اهواز انجام گردید. نتایج نشان داد که در سطح احتمال یک در صد اثر شوری بر عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکی، شاخص برداشت، ارتفاع گیاه و وزن هزار دانه معنی دار بود. افزایش شوری از دو به 40 دسی زیمنس بر متر به ترتیب عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکی، شاخص برداشت، ارتفاع گیاه و وزن هزار دانه را به میزان 8/62، 96/37، 95/37، 55/21 و 20 درصد کاهش داد. بیشترین عملکرد دانه 46/2 تن در هکتار در شوری S1 (شوری دو دسی زیمنس بر متر) ، کمترین مقدار آن 914/0 تن در هکتار در شوری S5 (شوری 40 دسی زیمنس بر متر) و در شوری های S2، S3 و S4 به ترتیب مقادیر 08/2، 77/1 و 39/1 تن در هکتار به دست آمد.کلید واژگان: گیاه کینوا, شوری آب آبیاری, شوری زه آب, تنش شوریSalinity stress has significantly reduced world crop growth and production, especially in arid and semi-arid regions (Bahadorkhah and kazemeini, 2014). Drought and salinity reduce crop productivity, especially in arid and semi-arid regions. Therefore, finding a crop which produces yield under these adverse conditions is very important (Razzaghi et al, 2011). Quinoa is a new plant with a high nutritional value that has led the World Food Organization (FAO) to call it vegetarian caviar (Seifati et al, 2015). Quinoa is a species of passionate herb (Adolf et al, 2013), and most Quinoa cultivars have the ability to grow in salinity with a concentration of 40 dS / m and even more. This amount of salinity is too high for most crops (Jacobsen et al, 2003, Hariadi et al, 2010).Keywords: Quinoa, salinity of irrigation water, salinity of drainage water, Salinity stress
-
در جهان امروزی نیاز به سیستم کشاورزی پایداری که در آن منابع زیست محیطی مورد استفاده قرار گیرد و در عین حال هیچ آسیبی به محیط زیست وارد نسازد، بسیار حیاتی است. هدرروی نیتروژن از مهم ترین مشکلات کشاورزی متراکم و پر تولید است. کاربرد منابع آلی موجب کاهش مصرف نهاده های شیمیایی و تحقق اهداف کشاورزی پایدار می شود. کاربرد مواد اصلاح کننده نظیر بیوچار و هیدروچار در ایجاد شرایط بهینه رشد و افزایش عملکرد گیاه و کاهش آب مصرفی و همچنین کاهش آبشویی نیترات نقش به سزایی می تواند ایفا کند. در تحقیق حاضر تاثیر بیوچار و هیدروچار حاصل از باگاس نیشکر بر عملکرد محصول و بهره وری آب و آبشویی نیتروژن در کشت ذرت تحت دو سطح آبیاری کامل و کم آبیاری (به اندازه 30 درصد) و دو سطح کوددهی 200 و 160 کیلوگرم در هکتار نیتروژن برای هر کدام از منابع اوره، بیوچار و هیدروچار بررسی شد. افزودن بیوچار و هیدروچار به خاک موجب افزایش عملکرد محصول، و بهره وری آب و کاهش میزان زه آب خروجی و آبشویی نیتروژن از خاک شد. بیوچار در مقایسه با هیدروچار به دلیل تخلخل بالا و سطح ویژه بیشتر نقش موثرتری بر هریک از پارامترهای فوق داشت. با کاربرد بیوچار و هیدروچار در شرایط مطلوب رطوبتی در مقایسه با کاربرد اوره میزان زه آب خروجی به ترتیب 2/9 و 1/3 درصد کاهش داشت و میزان کاهش آبشویی نیتروژن نیز به ترتیب برابر 2/6 و 4/3 درصد بود. بنابراین استفاده از بیوچار و هیدروچار می تواند به عنوان یک راهکار موثر برای کاهش اثرات منفی کشاورزی مطرح باشد.کلید واژگان: بیوچار, هیدروچار, آبشویی نیتروژن, بهره وری مصرف آبIn the modern world, it is necessary to have a sustainable agricultural system in which natural resources are utilized and at the same time does make any harmful to the environment. Nitrogen leaching is one of the most important problems in intensive farming for high crop production. Application of organic matter lead to reduce chemical inputs and achieve sustainable agricultural goals. Application of modified materials such as biochar and hydrochar can play an important role in creating optimal conditions for growth, increasing plant yield and reducing water consumption, as well as reducing nitrate leaching. In the present study, the effect of biochar and hydrochar, derived from sugar cane bagasse, on crop yield, water productivity and nitrogen leaching in maize cultivation under two irrigation levels of full and dificit (up to 30%) and two fertilization levels of 200 and 160 kg/ha of nitrogen for each sources of urea, biochar and hydrochar were investigated. Adding biochar and hydrochar to the soil increased the yield and water productivity and reduced drainage outflow and nitrogen leaching. In contrast to hydrochar, biochar has a more effective role for the above mentioned parameters due to its high porosity and specific surface area. In comparison with urea application, using biochar and hydrochar at the optimum moisture conditions reduced drainage outflow 9.2 and 3.1% and nitrogen leaching 2.6 and 3.4%, respectively. Therefore, the use of biochar and hydrochar could be considered as an effective solution to reduce the negative effects of agriculture.Keywords: Biochar, Hydrochar, Nitrogen leaching, water use productivity
-
کشاورزی یکی از فعالیت های مهم اقتصادی و اثرگذار بر محیط زیست است. ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید محصولات کشاورزی از راهکارهای موثر در دست یابی به کشاورزی پایدار و حفظ منابع طبیعی است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی اثرات زیست محیطی تولید ذرت در استان خوزستان به عنوان یک کشت راهبردی که در سال دوبار کشت می شود، پرداخته است. داده های اولیه از اطلاعات جهاد کشاورزی استان، اطلاعات کتابخانه ای و داده های تجربی کشاورزان منطقه جمع آوری شد. برای تعیین آب آبیاری و عملکرد محصول از اسفندماه 96 تا آذرماه 97 آزمایشاتی به صورت تیمارهای صحرایی انجام شد. اثرات منفی زیست محیطی گروه های تاثیر پتانسیل گرمایش جهانی، پتانسیل یوتریفیکاسیون، پتانسیل اسیدی شدن، تخلیه منابع آبی، تخلیه منابع فسیلی، تخلیه منابع فسفات و تخلیه منابع پتاس بررسی شد. یوتریفیکاسیون خشکی و تخلیه منابع فسفات به ازای تولید یک تن دانه ذرت به عنوان واحد کارکردی، بیشترین اثرات منفی زیست محیطی را داشتند و هریک از آن ها به ترتیب سهم 73/18 و 08/34 درصدی در هزینه های زیست محیطی انتشار آلاینده ها را داشتند. در این میان سهم تخلیه منابع آبی در اثرات مخرب زیست محیطی برابر 85/22 درصد بود. برای کشت بهاره و پاییزه شاخص Eco-x به ترتیب برابر 92/0 و 70/0 و شاخص RDI به ترتیب برابر 75/1و 29/1 محاسبه شد. پس به منظور کاهش آلایندگی تولید ذرت در منطقه بایستی بر لزوم مدیریت مصرف بهینه کودهای شیمیایی، جایگزینی آن ها با کودهای آلی و استفاده از کودهای زیستی و استفاده از منابع تامین نیتروژن با پتانسیل آلودگی کمتر تاکید کرد. همچنین در کشت بهاره کاشت ارقام زودرس با پتانسیل عملکرد بالا و سازگار با شرایط آب وهوایی منطقه توصیه می شود.
کلید واژگان: ارزیابی چرخه حیات (LCA), گرمایش جهانی, یوتریفیکاسیون, تخلیه منابع, اسیدیتهAgriculture is one important sectors of the economic and impact on the environment. Assessing the environmental impacts of agricultural production is one of the effective ways to achieve sustainable agriculture and preserve natural resources. The present study evaluates environmental impacts of corn production in Khuzestan province as a strategic crop cultivated twice a year. Data were collected from the province's agricultural Jahad, library information and experimental data of farmers in the area. field experiments were carried out in order to determine the irrigation water and yield from March 96 to December 97. Environmental impacts of global warming potentials, acidification potential, Eutrophication potential, fossil fuel consumption, water consumption, phosphate consumption and of potash consumption were investigated. For one ton of corn grain as a functional unit, it was determined that drying Eutrophication and discharging of phosphate sources had the highest potential for damage to the environment, and each of them had a contribution of 18.73% and 34.08% in environmental costs of pollutant emissions. In the meantime, the share of water resources consumption in environmental damage impacts was 22.85%. Environmental index (EcoX) for spring and autumn cultivations was 0.92 and 0.70 respectively, and RDI for spring and autumn cultivars respectively was 1.75 and 1.29, respectively. So, in order to reduce the pollution of corn production in the region, it is necessary to manage the optimum use of chemical fertilizers, replace them with organic fertilizers and use of biological fertilizers, use of nitrogen supply sources with less pollution potential. It is also recommended to plant early varieties in spring crop with high potential and consistent with the region's hydrological conditions.
Keywords: Life cycle assessment (LCA), Global warming, Eutrophication, resource consumption, acidification -
مشکل شوری منابع آب و خاک و کمبود منابع آب با کیفیت از تهدیدهای اصلی توسعه کشاورزی در مناطق خشک و نیمه خشک مثل خوزستان است. با توجه به مشکلات موجود، روش کم آبیاری، استفاده از زهاب های با شوری بالا، کاشت گیاهان مقاوم به شوری و افزایش بهره وری آب راه کارهای مدیریتی مناسبی هستند. در این راستا مطالعه ای با هدف تعیین ضریب حساسیت آبی، ضریب تنش شوری و بهره-وری کوشیا در شرایط تنش شوری و کم آبی در اهواز انجام شد. کرت های اصلی شامل سطوح شوری آب کارون (با شوری متوسط 5/2 دسی زیمنس بر متر)، 10، 15 و 20 دسی زیمنس بر متر و کرت های فرعی شامل سه سطح آبیاری 100، 75 و 50 درصد نیاز آبی گیاه بودند. ضریب تنش شوری در این تحقیق بین 06/0 و 89/0 بدست آمد. نتایج نشان داد که با افزایش شوری ضریب حساسیت به شوری (Ks) کاهش یافت. هم چنین نتایج نشان داد که ضرایب Ks بدست آمده در حالت ترکیب تنش شوری با کم آبی 50 درصد بیشتر از ترکیب تنش شوری با کم آبی 75 درصد است. میانگین ضریب Ky به دست آمده در این تحقیق در شرایط کم آبیاری 75% و 50% نیاز آبی به ترتیب 19/0 و 60/0 بدست آمد و نشان می دهد گیاه کوشیا ضریب حساسیت به خشکی پایینی دارد که بیانگر تحمل بالای این گیاه بدون کاهش عملکرد شدید در شرایط تنش خشکی می باشد. هم چنین نتایج نشان داد که میزان بهره وری آب در تولید علوفه گیاه کوشیا حتی در شرایط تنش شدید و توام شوری و کم آبی، قابل قبول و بالا می باشد. در این تحقیق مشاهده شد که شوری باعث کاهش میزان بهره وری آب می-شود و بهره وری آب در شرایط کم آبیاری بیشتر از آبیاری کامل است. در کل، نتایج این مطالعه نشان داد که کوشیا می تواند به عنوان یک گیاه علوفه ای مناسب در مناطقی مثل اهواز که آب آبیاری و خاک از کیفیت مطلوبی برخوردار نیست (حتی بدون نیاز به آبشویی و اصلاح خاک که هزینه زیادی را متوجه تولیدکنندگان می کند) کشت شود.کلید واژگان: آبشویی, بهره وری, زهاب, ضریب حساسیتThe problem of salinity of water resources and lack of quality water resources is one of the main threats to agricultural development in arid and semi-arid areas such as Khuzestan. Regarding existing problems, low irrigation method, using high salinity drainage, planting salinity resistant plants, and increasing water productivity are good management options. So, a study was conducted to determine the water sensitivity coefficient, salinity stress and Kochia water productivity in salinity and low water stress conditions in Ahvaz. The present study was carried out on Kochia plant at four salinity levels including Karoon river water (as the control with EC equal to 2.5 dS/m), 10, 15, 20 (dS/m) (S1, S2, S3 and S4, respectively) as the main factor and three levels of water deficit including 100, 75 and 50% water demand (I1, I2 and I3 respectively) as the sub plots in three replications (R1, R2 and R3) and as lysimetric in split plot and complete block designs. According to the results, the salinity stress coefficient in this study was between 0.06 and 0.89. The results showed that the coefficient of salinity decreased (Ks) by increasing water salinity. Also, the results showed that the Ks coefficients obtained in combination of salinity stress and 50% water deficit were higher than 75% water deficit stress. The average of Ky coefficient obtained in this study in under deficit irrigation conditions of 75% and 50% of water requirement was 0.19 and 0.60, respectively, indicating that Kochia has a low drought coefficient, which indicates high tolerance of this plant is not affected by severe drought stress conditions. The results also showed that the water productivity in the forage production of the Kochia plant is acceptable and high even under severe stress conditions, combined with salinity and water deficit. In this research, it was observed that salinity reduced water productivity and water utilization in deficit irrigation conditions was more than full irrigation. In general, the results of this study showed that kochia can be used as an appropriate forage plant in areas such as Ahvaz, where irrigation water and soil are not of desirable quality even without the need for leaching and soil remediation, which would cost a lot to producers.Keywords: Leaching, Productivity, drain water, coefficient of sensitivity
-
کوشیا یکی از گیاهان بسیار مقاوم به شوری و خشکی است که می توان از آن در تولید علوفه برای دام ها در شرایط عدم دسترسی به منابع آب و خاک مطلوب و در مناطق دارای آب و خاک شور بهره برد. در این راستا مطالعه ای با هدف بررسی عملکرد و اجزاء عملکرد کوشیا در شرایط تنش شوری و کم آبی انجام شد. کرت های اصلی شامل سطوح شوری آب کارون (با شوری متوسط 5/2 دسی زیمنس بر متر)، 10، 15 و 20 دسی زیمنس بر متر و کرت های فرعی شامل سه سطح آبیاری 100، 75 و 50 درصد نیاز آبی گیاه بودند. صفات مورد مطالعه وزن تر کل اندام هوایی، وزن تر و خشک برگ و ساقه، وزن تر و خشک یک بوته و ارتفاع بوته بود. نتایج نشان داد که سطوح تنش شوری اعمال شده تاثیر معنی داری در سطح احتمال یک درصد بر صفت های مورد مطالعه داشتند. همچنین تیمارهای مختلف آبیاری تاثیر معنی داری بر کلیه صفات مورد مطالعه داشتند. در مقایسه اثرات اصلی شوری و کم آبی به صورت جداگانه، تیمارهای شاهد شوری (آب کارون) و آبیاری کامل به ترتیب با تولید 52 و 49 تن علوفه تر در هکتار از نظر کلیه صفات مورد مطالعه نسبت به تیمار های تحت تنش دارای برتری بودند. اثر متقابل تنش های شوری و کم آبی بر روی وزن تر یک بوته، وزن تر و خشک برگ در سطح احتمال پنج درصد و بر روی ارتفاع بوته گیاه در سطح احتمال یک درصد معنی دار شد و بر روی دیگر صفات مورد مطالعه تاثیر معنی داری نداشت. کوشیا در شرایط مناسب و تحت تنش شدید شوری و کم آبی توانست به ترتیب 57 و 34 تن در هکتار علوفه تر تولید کند. نتایج نشان داد بین کلیه صفات مورد مطالعه شامل؛ وزن تر کل، وزن تر و خشک یک بوته، وزن تر و خشک برگ، وزن تر و خشک ساقه، ارتفاع، تعداد شاخه های فرعی و قطر ساقه، همبستگی مثبت و معناداری را نشان دادند.کلید واژگان: زه آب, گیاه علوفه ای کوشیا, هالوفیتKochia is one of the most salt and drought tolerance plants that can be used in forage production for livestock in the absence of suitable water and soil resources. This study was conducted to evaluate the yield and yield components of Kochia under salinity and water stress condition. The main plots included salinity levels of Karoon water (2.5), 10, 15 and 20 dS/m, and subplots included three irrigation levels; 100, 75 and 50% of the crop water requirement. The studied traits were weight of the aerial part of the plant, fresh and dry weight of leaf and stem, fresh and dry weight of a bush and plant height. Results showed that the salinity stress had a significant effect on the proposed traits at 1% level. Also, different irrigation treatments had a significant effect on the studied traits. Individual effects of salinity and deficit irrigation stresses showed that the control treatments including salinity (Karoon water) and full irrigation (100% water requirement) produced 52 and 49 tons of fresh forage per hectare, respectively, which were superior among stress treatments in terms of all traits measured in the research. The interaction effect of salinity and drought stresses on fresh weight of one plant, fresh weight of leaf and leaf dry weight were significant at 5% level, on plant height were significant at 1% level, and on the other traits were not significant. Kochia plant under favorable conditions and under severe salinity and drought stresses could produce 57 and 34 tons per hectare fresh fodder respectively. Finally, the correlation among all traits were evaluated. The results showed that the all proposed traits including; total weight of the fresh plant, fresh and dry weight of one plant, dry and fresh weight of leaf and stem, plant height, stem diameter and the numbers of branches showed a positive and significant correlation with the salinity and drought stresses.Keywords: Drain water, Forage palnt of Kochia, Halophyte
-
آب و نیتروژن از عوامل اصلی محدود کننده دستیابی به حداکثر محصول هستند. کاربرد کود نیتروژن در افزایش محصولات کشاورزی سهم بسزایی دارد. از طرفی مصرف بی رویه این کودها ناشی از کارآیی پایین آن ها است. این پژوهش با توجه به چالش-های موجود در خصوص کمبود منابع آب و مدیریت نامناسب مصرف نیتروژن انجام گرفت. جهت کمی کردن واکنش گیاه و محاسبه کارآیی مصرف آب و کود، دو سطح آبیاری کامل (I1) و کم آبیاری به اندازه 30 درصد (I2) به عنوان عامل اول و دو سطح نیتروژن 200 (N1) و 160 (N2) کیلوگرم در هکتار به عنوان عامل دوم در نظر گرفته شد. بر اساس نتایج حاصل از این پژوهش، شاخص سطح برگ با کاربرد بیشتر نیتروژن در شرایط رطوبتی یکسان افزایش می یابد. افزایش نیتروژن به شرط این که آب کافی در دسترس گیاه باشد؛ باعث افزایش وزن هزار دانه، عملکرد دانه، عملکرد بیولوژیکی و شاخص برداشت می شود. با افزایش مقدار نیتروژن، کارآیی زراعی نیتروژن در کشت ذرت کاهش می یابد. در شرایط تنش رطوبتی با افزایش میزان مصرف نیتروژن، کارآیی بازیافت نیتروژن نیز به سبب کاهش جذب این عنصر توسط گیاه کاهش می یابد. کارآیی اقتصادی و بیولوژیکی مصرف آب در کشت پاییزه بیشتر از کشت بهاره بود. عملکرد پایین کشت بهاره و بارندگی بیشتر در دوره کشت پاییزه دلیل کارآیی و بهره وری بیشتر مصرف آب در کشت پاییزه بود.کلید واژگان: بازده مصرف نیتروژن, بهره وری مصرف آب, خوزستان, ذرتWater and nitrogen are the main factors limiting the maximum yield Achievement. Application of nitrogen fertilizer has great impact to increasing agricultural production. On the other hand, the high use of these fertilizers is due to the low efficiency of these fertilizers. This research was conducted in response to the challenges of water scarcity and inappropriate management of nitrogen utilization. To quantitate the reaction of the plant and calculate the water and fertilizer efficiency, two irrigation levels, full irrigation (I1) and deficit irrigation equal 30% (I2) as the first factor and two nitrogen levels of 200 (N1) and 160 (N2) kg per hectare, it was considered as a second factor. Experiments were carried out as field treatments and in lysimeters as a factorial in a completely randomized block design with three replications. The cultivars used were maize hybrid 611 and 704 mediator SC, which were cultivated in two seasons of spring and autumn, respectively. Based on the results of this study, leaf area index with higher nitrogen application in the same moisture conditions is increased. Nitrogen increase, while that enough water is available to the plant, increases the weight of 1000 seeds, grain yield, biological yield and harvest index. Optimum use of water and nitrogen fertilizer increases grain yield and therefore increases water use efficiency. With increasing nitrogen content, nitrogen use efficiency decreases in corn cultivation. Under stress conditions, with increasing nitrogen consumption, fertilizer N-recovery efficiency is also reduced by decreasing the absorption of this element by the plant. The economic and biological efficiency of water use in autumn cultivation was more than spring cultivation. Low spring yield and high rainfall during autumn crop period were due to the efficiency and more productivity of water use in autumn cropping. In Khuzestan weather conditions, the use of early cultivars is recommended instead of the mediator for spring crop due to coincide the pollination time with intense heat.Keywords: Khuzestan, Maize, Nitrogen Use Efficiency, Water Use Productivity
-
در این تحقیق، اثر جاذب اصلاح شده سراتوفیلیوم دمرسوم بر حذف فلز سنگین کادمیم بررسی گردید. با استفاده از آزمایش های جذب ناپیوسته اثر اسیدیته (pH)، زمان تماس، مقدار جاذب و غلظت اولیه کادمیم بر میزان حذف کادمیم، هم چنین مدل های سینتیک و هم دمای جذب بررسی شدند. با افزایش pH از سه تا هشت، راندمان حذف ابتدا از 93% تا 97% افزایش، سپس به 85% کاهش یافت. ظرفیت جذب نیز از 04/7 تا 35/7 افزایش سپس تا 44/6 میلی گرم بر گرم کاهش و pH بهینه هفت به دست آمد. با افزایش زمان تماس از 5 تا 240 دقیقه، راندمان حذف از 67% تا 98%، تا زمان 180 دقیقه افزایش و سپس اندکی کاهش یافت. ظرفیت جذب نیز از 25/6 تا 13/9 میلی گرم بر گرم افزایش و سپس اندکی کاهش یافت و زمان تعادل 60 دقیقه به دست آمد. با افزایش مقدار جاذب از 02/0 تا 4 گرم بر لیتر، راندمان حذف 37% تا 99% افزایش یافت، ظرفیت جذب از 5/169 به 35/2 میلی گرم بر گرم کاهش یافت و مقدار جاذب یک گرم بر لیتر به عنوان مقدار بهینه به دست آمد. با افزایش مقدار غلظت اولیه کادمیم از 10 تا 200 میلی گرم بر لیتر، راندمان حذف از 96% به 31% کاهش، ظرفیت جذب از 18/9 به 7/59 افزایش و غلظت ده میلی گرم بر لیتر به عنوان غلظت اولیه بهینه انتخاب گردید. مدل سینتیک شبه درجه دوم با ضریب تعیین 99/0 و مدل لانگمویر نیز با ضریب تعیین 99/0، از برازش بهتری نسبت به سایر مدل ها برخوردار بود. نتایج تحقیق قابلیت بالای سراتوفیلیوم دمرسوم را، به عنوان جاذب زیستی برای حذف کادمیم، تایید نمود.
کلید واژگان: جاذب, راندمان حذف, مدل سینتیک, مدل لانگمویرIntroductionIn recent years, concern over the long-term effects of heavy metals has been increased as environmental pollutants. Environmental pollution of heavy metals is one of the major environmental issues. Unfortunately, due to the uncontrolled entry of various types of industrial waste, their input is increasing into air, water and soil sharply. Heavy metals are irresolvable and tend to accumulate in the organs and tissues of living organisms that cause a variety of diseases and disorders for humans and other living organisms. Recently, biological methods and technologies such as biosorbent and bio-accumulation have been used to help researchers to confront the problem of removing heavy metals from sewage. In bio-accumulation technology is used living biota to remove metals. However, in the second method, or biological absorption is used of dead or inactive biologically is this purpose. The main objective of this research is to determine the capability of the storage of cadmium as heavy metal by modified Ceratophyllum demersum biomass. In addition, the effect of pH on adsorption rate, contact time on adsorption rate, adsorbent adsorption, initial concentration of adsorbant (cadmium) were evaluated on adsorption. Also, kinetic and isotherm models of absorption were determined.
Materials And MethodsIn the present study, the effect of modification of Ceratophyllum demersum on the removal of Cadmium from aqueous solution was investigated. Ceratophyllum demersum or blue fork is a submerged plant that is commonly found in aqueous humorous streams containing moderate to high levels of nutrients. One of the suitable environments for growth of Ceratophyllum demersum is low depth and laminar flow of water channels. In this regard, a search was conducted on irrigation channels inside Shahid Chamran University of Ahvaz and large quantities of this plant were observed in many parts of these channels. The plant was collected from the entrance channel of the Karoon River to the university. After collecting the plant and washing it with urban water and distilled water and drying it in free air was dried at 70 ° C. After that the dry matter was milled and it passed through the standard No. 50 sieve. In this study, alkaline solutions (0.5M NaOH solution) were used to modify biomass. This method has been shown to be effective in similar studies, and has greatly increased the absorption capacity of adsorbents. Preparation of cadmium storage solution was performed based on the methods presented in the standard reference for water and wastewater testing.
Results And DiscussionThe morphology characteristics of biosorbent surface by Scanning Electron Microscope (SEM) were studied and desirable effects of modification on characteristics of biosorbent surface were proved. The result of study showed that by increasing pH from 3 to 8, the removal efficiency increased from 93% to 97% at pH 7, and then decreased to 85% at pH 8. In addition, adsorption capacity, in similar way, increased from 7.04 to 7.35 and then decreased to 6.44 mg/g. Therefore, pH 7 was determined as optimum pH. Increasing contact time, from 5 to 240 minute, caused changes in removal efficiency from 67% to 98% after 180 minute, and then decreased slightly. Adsorption capacity, in similar way, increased from 6.25 to 9.13 mg/g and then decreased slightly and contact time of 60 minute was determined as equilibrium time. Increasing dose of biosorbent from 0.02 to 4 g/L, causing increase of removal efficiency from 37% to 99% and decrease of adsorption capacity from 169.5 to 2.35 mg/g and finally dose of 10 mg/L was determined as proper dose of biosobent. Increasing of initial concentration of Cadmium solution from 10 to 200 mg/L led to decrease in removal efficiency from 96% to 31%, and increase in adsorption capacity from 9.18 to 59.7 mg/g, and concentration of 10 mg/L was determined as optimum initial concentration of Cadmium. Finally, kinetic and isotherm adsorption models were studied. In kinetic models, pseudo-second order kinetic model, with correlation coefficient of 0.99 described biosorption better than pseudo-first order. In isotherm models, the Langmuir isotherm with correlation coefficient of 0.99 described biosorption process such better than other models. Based on results obtained in this study, the high capability of modified Ceratophyllum demersum, as a favorable biosorbent for cadmium removal from aqueous solution was proved.
ConclusionsThe images from the SEM device showed that adsorption modification increased the absorption capacity to absorb cadmium ions. The highest efficiency was achieved in pH equal to seven. According to the economic considerations and optimum consumption of the energy 60 minutes was determined as the time of equilibrium. Kinetic modeling shows that Pseudo second order has the best matching with experimental data.
Keywords: Adsorbent, Langmuir model, Removal efficiency Kinetic model -
نظر به اهمیت آب مجازی، در این پژوهش آب مجازی شبکه های آبیاری و زهکشی رجائی، رامشیر و هندیجان مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا نیاز آبی با استفاده از داده های هواشناسی ده ساله منطقه به وسیله نرم افزار CROPWAT محاسبه شد. سپس با استفاده از عملکرد محصولات، آب مجازی شبکه های مذکور تعیین گردید. هم چنین عملکرد سه شبکه با رویکرد آب مجازی به روش سلسله مراتبی با استفاده از پرسش نامه مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان دادند که آب مجازی گندم در شبکه های رجایی، رامشیر و هندیجان به ترتیب 33/7183، 88/7148 و 11/7501 مترمکعب در سال می باشد. مقدار آب مجازی جو در سه شبکه مذکور به ترتیب 33/8033، 78/8252 و 56/8705 و برای کنجد در شبکه ی رجایی 28/9836 و در شبکه رامشیر 31/10252 مترمکعب در سال به دست آمد. مقایسه ارقام محاسباتی با مقدار آب تحویلی نشان داد که در شبکه های رجایی، رامشیر و هندیجان به ترتیب 31، 23 و 28 درصد بیشتر از نیاز واقعی آبیاری انجام شده است. نتایج تحلیل سلسله مراتبی در شبکه های مذکور با استفاده از نرم افزار Super Decision با رویکرد آب مجازی نشان داد که در شبکه های رجایی و هندیجان معیار ارضی و در شبکه رامشیر عوامل اقلیمی بیشترین وزن را دارا می باشد. کمترین عامل تاثیرگذار عوامل اقتصادی به دست آمد. مقایسه نتایج تحلیل سلسله مراتبی و محاسباتی آب مجازی نشان داد که در هر دو روش شبکه هندیجان در رتبه اول قرار دارد. ارزیابی کیفی عملکرد بهره برداری شبکه ها بر مبنا آب مجازی و بهره وری آب محاسبه شده نشان داد که شبکه های مذکور در وضعیت نامطلوب قرار دارند.کلید واژگان: آب آبی, آب سبز, آب مجازی, بهره وری آبAccording to importance of virtual water in water management, the amount of virtual water were determined in Rajae, Ramshir and Hendijan irrigation and drainage networks. First, the crop water requirement was calculated by using meteorological data of 10 years by CROPWAT. Then, the virtual water of the networks were determined by using crop yield. Also, the networks according to virtual water were evaluated by questionnaire and analytical hierarchy process. Results showed that the virtual water of wheat in Rajae, Ramshir and Hendijan irrigation and drainage networks was respectively 7183.33, 7148.88 and 7501.11 m3/year. The amount of barley virtual water in the mentioned networks were obtained respectively 8033.33, 8252.78 and 8705.56 m3/years and for sesame in Rajae irrigation and drainage network 9836.28 and for Ramshir was 10252.31 m3/year. Comparison between the amounts of calculating data and the delivered water indicated that in Rajae, Ramshir and Hendijan irrigation and drainage networks had given the water respectively 31, 23 and 28 percent more than actual water requirement. The results of AHP and ranking of mentioned networks by using Super Decisions with virtual water approach, showed that field factors in Rajae and Hendijan networks and climate factors had the greatest weight in Ramshir network. The least influential factor was economics factors. Comparing the result of AHP and computational of virtual water showed that Hendijan network is in the first rank. Qualitative assessment of operation of network utilization according to virtual water and water productivity showed that mention networks are in the undesirable condition.Keywords: Blue water, Green Water, Virtual Water, Water productivity
-
Maize cultivation is considered as one of the main crops in the Khuzestan province. Mostly, in planning water requirement is calculated as a point, while irrigation is preformed locally. Therefore, this data must be converted from the spot to the region. In this research, in order to determination irrigation scheduling in Khuzestan province were planted spring Maize in lysimeter at the Faculty of Water Sciences Engineering of Shahid Chamran University of Ahvaz. The aim of this cultivation were compared between the current methods of determination of water requirement and lysimeteric method and determine the appropriate equation. The results showed that the Blaney-Criddle equation is the best method to estimation evapotranspiration in case study area. After determining the appropriate equation of water requirement, mention equation and meteorological data were used for zoning Maize water requirement with geostatistical methods.The zoning was performed using ARC GIS 10.3. First, the data were normalized. Then, according to the lowest RMSE were selected the best semi variogram and zoning model. The results show that simple kriging with circular semi circular model in all months is considered optimal model. RMSE value of this model was calculated, the amount of it was 0.08, 0.17, 0.46 and 0.48 for March, April, May and June. The result of water requirement zoning showed that this parameter in south is more than north of Khuzestan province. Also, the amount of water requirement in last months is more than first months. During the study period (from March to June), water requirement was 1.98, 5.52, 11.78 and 11.97 (mm/day) monthly. Small amounts of RMSE was indicated the optimum of water requirement zoning.Keywords: Kriging method, Geostatistics, Semi variogram, Water requirement
-
پیش بینی و محاسبه منحنی های پیشروی و پسروی آب در جویچه مستلزم یک سری اندازه گیری های دقیق در داخل مزرعه می باشد، که این کار باعث صرف هزینه و وقت زیادی می گردد. به کار گیری یک روش روند یابی هیدرولیکی در تعیین نرخ پیشروی جریان آب در جویچه و مقایسه آن با نتایج حاصل از مدل های موجود در نرم افزار WinSRFR4.1 هدف اصلی این مطالعه بوده است. مدل با استفاده از 27 سری داده مزرعه ای اجرا و با نتایج مدل های نرم افزار WinSRFR4.1 مقایسه شد. آزمایش ها در مزرعه تحقیقاتی دانشکده مهندسی علوم آب دانشگاه آزاد شوشتر انجام پذیرفت. داده ها از سه جویچه به طول های 60، 80 و 100 متری در سه تکرار و تحت سه دبی 1 و 25/1 و 5/1 لیتر در ثانیه برداشت شد. جهت بررسی آماری از متوسط خطای پیش بینی مدل ( )، توزیع نسبت به خط 45 درجه ( )، ضریب تعیین ( ) و متوسط خطای نسبی مدل ( ) استفاده شده است. طبق نتایج به دست آمده از این مطالعه، مقادیر پیش بینی شده در مرحله پیشروی برای تمامی مدل ها بیشتر از مقادیر مشاهداتی و مدل اینرسی صفر با متوسط خطای نسبی به میزان 588/9 درصد بهترین نتایج را در بر دارد. ضعیف ترین پیش بینی ها با متوسط خطای نسبی 33/21 درصد مربوط به مدل موج کنیماتیک می باشد. هم چنین بر اساس نتایج بدست آمده با افزایش طول جویچه و دبی ورودی به آن مدل اینرسی صفر خطای نسبی کمتری خواهد داشت.کلید واژگان: مدل اینرسی صفر, مدل موج کنیماتیک, مرحله پیشرویIntroductionSurface irrigation methods are the most common methods for irrigation of agricultural land. These methods are superior to sprinkler, drip and underground irrigation, because they have lower costs of funding and implementation, is inexpensive, needed maintenance of equipment is simple and does not require skilled labor. New requirements for the use of municipal water, energy, industrial, and military intends to further improve the performance of surface irrigation systems. In other words, the low efficiency of surface irrigation is not related to the method of it, but the weakness is because of the design, implementation and management. Due to the special place of Khuzestan province in southwest of Iran in agriculture and applied surface irrigation for most of the farms in this province, in the present study was simulated water flow in furrow irrigation by using WinSRFR4.1 and the optimum length of furrow was determined in the experimental farm of the Water Sciences Engineering Shoshtar University. For this purpose, advance and recession of flow were simulated by Zero inertia and Kinematic wave model and result were compared with observed data.Materials And MethodsIn order to calculate and predicte advance and recession curves field measurement is necessary, but it takes a lot of time and cost. Therefore, the use of mathematical models and software for access information is important. In this research the amount of advance in furrow irrigation was measured and the results were compared with simulation of WinSRFR4.1.Field experiments was conducted in the research field of Water Sciences Engineering Shoshtar University. Data were collected from three furrows. The lengths of them were 60, 80 and 100 meters. Irrigation was performed under three discharges (1, 1.25 and 1.5 L/s), with three iterations. Three experiments furrows were provided which central furrow was for measurement data and side furrows were as buffer furrow. Before experiment in order to determine soil texture undisturbed soil samples were prepared from four depths 25-0, 50-25, 75-50 and 100-75 cm. Soil texture was determined in laboratory using the hydrometer method. The water supply was transported by pumping the water to the farm. This research was conducted in the winter of 2012 and spring of 2013. The end of furrow was opened. Input and output flows were controlled with W.S.C flume. Infiltration data were also measured according to two point method. Model using 27 set of field data was run and the results were compared with WinSRFR4.1 software. For evaluating the results of the model were used Esfandiari and Maheshwaris statistical method.Results And DiscussionFor comparison between measurement and simulation data , , and indices were applied. The results of this study indicated that the phase advance of predicted values for all models is greater than the observed values. The average relative error rate of zero inertia models was 9.588 percent which indicated that Zero inertia models is the best model to predict the advance phase. The worst predictions were for Kinematic wave models with an average relative error equal to 33.21%. According to the results, the value of λ and for the Zero inertia model was 1.0912 and 98.76 respectively. The amount of error of field parameters such as; infiltration characteristic and hydraulic resistance are important for selection of model. So, for adjusting the amount of error in all models to predict an acceptable threshold tolerance was defined.ConclusionAccording to the results, Zero inertia and Kinematic wave models estimated advance time more than real condition. The results of the Zero inertia model were closer to measurement data than a Kinematic wave model. The maximum relative error was in discharge equal to 1.25 (l/s) in all models. With increasing the length of the furrow and input discharge the relative error of zero inertia models will be decreased. The results represented that in low discharge the infiltration depth was increased. Finally, it can be concluded thatthe zero inertia models are suitable for the study area and in study area, suitable length of the furrow is 100 (m).Keywords: Advance Phase, Kinematic Wave Model, Zero Inertia Model
-
در سال های اخیر مدل های متعددی جهت روابط آب و خاک و گیاه ارائه شده است. یکی از آن ها مدل AquaCrop است که در تحقیق حاضر به منظور پیش بینی عملکرد نیشکر و شوری پروفیل خاک تحت تنش شوری در جنوب خوزستان استفاده شده است. به منظور دستیابی به برخی ضرایب ورودی مورد نیاز ابتدا کالیبره شدن انجام شد. مدل نسبت به پوشش کانوپی اولیه در زمان تکمیل 90 درصد سبزشدن (CC0)، حداکثر کانوپی گیاهی (CCx) و شاخص برداشت (HI) کالیبره شد. این ضرایب به ترتیب 2/7 سانتی مترمربع، 90 درصد و 40 درصد به دست آمد. سپس، مدل اجرا و مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده با استفاده از شاخص های آماری مقایسه شد. ضریب تعیین بین مقادیر اندازه گیری و شبیه سازی شده عملکرد 97/0، میانگین مربعات خطای نرمال شده 8 درصد، معیار کارایی نش- ساتکلیف 83/0 و ضریب باقیمانده 09/0- برآورد شد. به طورکلی، می توان گفت مدلAquaCrop توانایی مناسبی در شبیه سازی میزان عملکرد تحت تنش شوری دارد. همچنین، مقادیر شبیه سازی شده توسط مدل بیش از مقدار واقعی برآورد شده است. ضریب تعیین مدل در شبیه سازی شوری پروفیل خاک بیش از 80 درصد به دست آمد و نحوه قرارگیری داده های اندازه گیری و شبیه سازی شده نسبت به خط 1:1 بیانگر برآورد بیشتر مدل AquaCrop است.کلید واژگان: تنش شوری, مدل AquaCrop, نیشکرIn recent years, several models have been presented for water, soil and plant relationships that one of them is AquaCrop model, which in this study were used to predict sugarcane yield and soil salinity profiles under salinity stress in the southern Khuzestan. In order to achieve the required number of input factors, model was calibrated and the amount of soil surface covered by an individual seedling at 90% emergence, maximum canopy cover and harvest index were determined. These coefficients were determined 7.2 (cm2), 90% and 40% respectively. Then the model was performed and simulated and measured values were compared using statistical indicators. The coefficient of determination between measured and simulated yield data was achieved 0.97, the normal root mean square error 8%, Nash-Sutcliffe efficiency 0.83 and coefficient of residual mass -0.09. The results showed that the model has acceptable performance to estimated sugarcane yield and the model in condition of current study was over estimated. Also, coefficient of determination of soil salinity was more than 80% and the model estimated the amount of soil salinity more than measurement.Keywords: Salinity stress, Aquacrop model, Sugarcane
- 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.