به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

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

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

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

seyed mohammadreza naghedifar

  • مهدی غلامی شرفخانه، علی نقی ضیایی*، سید محمدرضا ناقدی فر، امیر اکبری

    زعفران با توجه به نیاز آبی کم و ارزش اقتصادی بالا یکی از گیاهان مهم برای کاشت در مناطق خشک و نیمه خشک ایران است. شوری خاک و آب در این نواحی که با کمبود آب نیز روبه رو هستند، از عوامل کاهش عملکرد محصولات کشاورزی است. نرم افزار AquaCrop در پژوهشی در مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد برای شبیه سازی رطوبت خاک، زیست توده و سطح سایه انداز در طول فصل رشد زعفران دوساله، واسنجی شد. بر همین اساس، پژوهش حاضر به منظور واسنجی نرم افزار AquaCrop برای شبیه سازی تغییرات شوری خاک برای زعفران دوساله در مزرعه ذکرشده، صورت گرفت. بدین منظور مقادیر شوری خاک در طول فصل رشد با تفکیک زمانی بالا اندازه گیری شد. شاخص های آماری محاسبه شده میان مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده شوری خاک نشان از دقت بالای این نرم افزار در شبیه سازی تغییرات شوری خاک برای گیاه زعفران داشت. سپس نرم افزار AquaCrop واسنجی شده برای بررسی تاثیر سطوح مختلف شوری در آبیاری زعفران و هم چنین شوری اولیه خاک بر میزان عملکرد بنه دختری به کار گرفته شد. نتایج حاصل از مدل سازی رشد گیاه در شرایط شوری نشان داد در شرایط عدم شوری اولیه در خاک (5/0 دسی زیمنس بر متر)، افزایش شوری آب آبیاری از 1 دسی زیمنس بر متر به 4 دسی زیمنس بر متر، سبب 7/3 درصد کاهش وزن بنه دختری و همچنین در صورت وجود شوری اولیه 2 دسی زیمنس بر متر در خاک، افزایش شوری آب آبیاری از 1 دسی زیمنس بر متر به 4 دسی زیمنس بر متر، سبب 23 درصد کاهش وزن بنه دختری در انتهای فصل رشد می شود. در این پژوهش اثر خاک پوش آلی بر عملکرد بنه دختری زعفران در شرایط شوری خاک و آب نیز بررسی شد. جهت بررسی تاثیر استفاده از خاک پوش در شرایط شوری آب و خاک، بر عملکرد بنه دختری و بهره وری آب تبخیر تعرق یافته، سه سطح خاک پوش آلی 50، 75 و 100 درصد در نظر گرفته شد. نتایج حاکی از آن بود که استفاده از خاک پوش آلی با پوشش 100 درصد در شرایط شوری اولیه خاک 2 دسی زیمنس بر متر و شوری آب آبیاری 4 دسی زیمنس بر متر، سبب بهبود عملکرد بنه دختری به میزان 46 درصد نسبت به شرایط بدون خاک پوش در شرایط شوری ذکر شده است.

    کلید واژگان: Aquacrop، زعفران، شوری، خاک پوش آلی
    Mahdi Gholami Sharafkhane, Ali Naghi Ziaei *, Seyed Mohammadreza Naghedifar, Amir Akbari
    Introduction

    About 70% of the total freshwater withdrawal from resources is used in the agricultural sector. Water and soil salinity is one of the most important problems in the agricultural sector in arid and semi-arid regions. In such areas that are facing water shortages, saline water is commonly used in irrigated lands and it will be of great help in preserving freshwater resources. Crop modeling in combination with field measurements is an efficient method to improve water productivity in the field and investigate the crop's biological response to different field conditions. Several crop models have been developed for crop growth simulation. Among these models, AquaCrop software has been widely studied in recent years. AquaCrop software is able to simulate the growth process under different conditions with few input data that can be easily measured in the field. Few studies have been conducted on saffron crop modeling with AquaCrop software, but this model has not yet been calibrated to simulate salinity during the growing season. This research was carried out to calibrate the AquaCrop software for simulating the variations of soil salinity in the root zone of two-year-old saffron. In addition, in the present study, the effect of different levels of salinity and the application of different levels of organic mulch and their mutual effect on the yield of daughter corms, biomass, and water productivity were investigated.

    Material and Methods

    To calibrate the AquaCrop software for two-year saffron during the growing season in the research farm of the Ferdowsi University of Mashhad (FUM), growth parameters of saffron crop such as the soil moisture and salinity, the dry weight of daughter corms and the crop canopy cover were continuously measured during the growing season. Soil moisture and salinity were measured at least once a week, and the dry weight of daughter corms was measured biweekly. After model calibration, the accuracy of the model for simulating soil salinity during the growing season was evaluated by comparing the measured and simulated values. Statistical indicators of Pearson correlation coefficient, root mean square error, and Nash Sutcliffe model efficiency coefficient, were used to evaluate the accuracy of crop model simulation. The model was subsequently run for different initial conditions of soil salinity and irrigation water salinity. The dry weight of daughter corm, biomass, and ET water productivity were monitored for different conditions. Then, the model was run in the same conditions of water and soil salinity under the application of organic mulch, and the effect of mulch on the yield of daughter corms and evapotranspiration water productivity under salinity stress was investigated.

    Results and Discussion

    The statistical indicators between the measured and simulated values of soil moisture, canopy cover, and biomass approved the capability of AquaCrop for simulating saffron growth. Then, according to the measured salinity values of the root zone using the TDR sensor, AquaCrop was recalibrated to simulate soil salinity. Afterward, the changes in the measured salinity values of the root zone during the growing season were compared with the values simulated by AquaCrop. The Pearson correlation coefficient for measured and simulated soil salinity by software was 0.9 and the root mean square error was 0.086 dS m-1. Nash–Sutcliffe efficiency was 0.66, showing the high accuracy of AquaCrop for simulating soil salinity. The results of the crop growth simulation in saline conditions show the sensitivity of saffron to salinity. The results showed that under no initial salinity (0.5 dS m-1) in the soil, increasing the salinity of irrigation water from 1 dS m-1 to 4 dS m-1 caused a decrease of 3.7 % in the daughter corms weight. In addition, considering the initial salinity of 2 dS m-1, increasing the salinity of the irrigation water has a significant effect on reducing the daughter corm weight. In the presence of high-quality irrigation water (0.5 dS m-1), increasing the initial salinity of the soil from no salinity (0.5 dS m-1) to 4 dS m-1 caused a 38% decrease in the weight of daughter corms. The effect of organic mulch was also evaluated under saline water irrigation conditions. The results showed that the use of organic mulch with 100% coverage in water and soil salinity conditions equal to 4 dS m-1 can mitigate the effect of salinity stress by increasing 51% of daughter corm weight.

    Conclusion

    Water and soil salinity and its related problems are limiting factors in agricultural production in arid and semi-arid regions. The expansion of irrigation methods with saline water without proper management can lead to the risk of soil quality loss and in turn the loss of agricultural lands in the long term. In this research, the AquaCrop model was calibrated to simulate soil salinity during the saffron growing season, and the effect of organic mulch on soil and water salinity conditions was evaluated on the yield of daughter corms. The findings of this research will be of great help to farmers and water experts in improving the performance of saffron in saline soil and irrigation water.

    Keywords: Aquacrop, Organic Mulch, Saffron, Soil Salinity
  • محمدعلی بوش، کامران داوری*، سید محمدرضا ناقدی فر، حسین بانژاد، صدیقه صادقی

    در کشورهای خشک و نیمه خشک مانند کشور ایران به دلیل پراکنش نامناسب زمانی و مکانی بارندگی، تولید مواد غذایی با تکیه بر کشاورزی فاریاب صورت می‏گیرد و بخش زیادی از منابع آبی این اقلیم‏ها، به کشاورزی اختصاص دارد. لذا انتخاب راهکارهایی که باعث کاهش مصرف شده و استفاده بهینه آب در این بخش را به دنبال داشته باشد، اولویت دارد. به این منظور در این پژوهش، از تناوب زراعی به‏عنوان عامل موثر در معادله بهینه‏سازی، برای محاسبه ماتریس ضریب تاثیر تناوب کشت، از نظر کشاورزان خبره از طریق پرسشنامه استفاده شده است. درایه‏های این ماتریس، ضرایب تاثیر کشت هر محصول پس از محصول دیگر را نشان می‏دهد. ضریب تاثیر تناوب در مدل بهینه‏سازی تخصیص آب با هدف بیشینه‏سازی سود اقتصادی، برمبنای الگوریتم ژنتیک و استفاده از مدل گیاهی AquaCrop plug- in ارائه شد. برای این منظور کدنویسی سی شارپ (C#) در محیط Visual Studio برای بهینه سازی تناوب های سه، چهار، پنج، شش و هفت ساله با محصولات گندم، سویا، گوجه فرنگی، سیب زمینی، ذرت، یونجه، جو و چغندرقند در یک مطالعه موردی تحلیلی انجام شد. همچنین اثر تناوب کشت بر عملکرد محصول و تخصیص آب بر میزان سود مورد انتظار از واحد زراعی توسط یک معادله ارزشیابی بررسی شد. نتایج بهینه سازی تناوب ها نشان داد بهترین سود اقتصادی محاسبه شده مربوط به تناوب چهار ساله (چغندرقند، ذرت، سیب زمینی و گوجه فرنگی) است. همچنین بهینه‏ترین تناوب برای کاهش حجم آب تخصیص یافته برای تناوب هفت ساله بود که به میزان 45/9 درصد کاهش یافت. لذا بهینه سازی تناوب زراعی، پارامتری موثر در میزان عملکرد محصولات مختلف، افزایش سود و صرفه‏جویی آب در درازمدت می باشد.

    کلید واژگان: اکوکراپ، الگوریتم ژنیتیک، سود اقتصادی، کم آبیاری
    Mohammadali Boush, Kamran Davary *, Seyed Mohammadreza Naghedifar, Hussin Banjad, Sedigheh Sadeghi

    In arid and semi-arid countries such as Iran, the uneven spatial and temporal distribution of rainfall necessitates a reliance on irrigated agriculture for food production. Consequently, a substantial portion of water resources is allocated to agriculture. Identifying strategies reducing water consumption and improving its efficiency in agriculture are critical priorities. This study employs crop rotation as a key variable in an optimization framework to calculate a matrix of impact coefficients based on insights from expert farmers. The matrix quantifies the effects of sequential crop planting. These coefficients are incorporated into a water allocation optimization model aimed at maximizing economic profitability, utilizing a genetic algorithm and the AquaCrop plug-in program. For this purpose, C# coding within Visual Studio was used to optimize three-, four-, five-, six-, and seven-year rotations involving wheat, soybean, tomato, potato, corn, alfalfa, barley, and sugar beet. Moreover, the impact of crop rotation on crop yield, water allocation, and expected profitability per unit area was evaluated using a valuation formula. Rotation Optimization results indicated that the four-year rotation (sugar beet, corn, potato, tomato) achieved the highest economic profit, while the seven-year rotation was most effective in reducing water allocation (by 9.45%). Therefore, crop rotation optimization is a significant parameter for enhancing crop yield, boosting profitability, and achieving long-term water savings.

    Keywords: Aquacrop, Economic Profitability, Deficit Irrigation, Genetic Algorithm
  • احمد پزشک، سید محمدرضا ناقدی فر، مهدی سلاح ورزی، علی نقی ضیائی*

    گیاه های پوششی از جمله پرکاربردترین گیاه های مورداستفاده در زمینه فضای سبز به حساب می آیند که به طور معمول دارای ریشه کم عمق هستند. در این پژوهش یک الگوریتم ساده و انعطاف پذیر برای محاسبه ضریب گیاهی پایه و ضریب تبخیر گیاهان کم عمق بدون استفاده از (میکرو)لایسیمتر ارائه شده است. الگوریتم ارائه شده برای زمان های کوتاه نیاز به رطوبت سنجی در سه عمق و برای زمان های طولانی تنها نیاز به پایش رطوبت در لایه سطحی را دارد. با استفاده از این الگوریتم می توان تبخیر و تعرق پتانسیل گیاه را نیز محاسبه نمود. همچنین، الگوریتم ارائه شده وابستگی به گام های زمانی ندارد. برای ارزیابی این الگوریتم، نه کرت آزمایشی که شامل شش کرت فرانکینیا با پوشش کامل و سه کرت بدون پوشش در طول بیشینه نیاز آبی مورداستفاده قرار گرفتند. تمامی آزمایشات در سایت آموزشی سامانه های آبیاری گروه علوم و مهندسی آب در نزدیکی سایت هواشناسی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. بدین منظور، این کرت ها با فاصله زمانی حداکثر 48 ساعت مورد پایش رطوبتی و آبیاری قرار گرفتند. نتایج نشان داد الگوریتم ارائه شده توانایی خوبی برای برآورد ضریب گیاهی پایه و ضریب تبخیر دارد. همچنین، ضریب گیاهی پایه برای گیاه فرانکینیا برابر با 1 و ضریب تبخیر برابر با 58/0 به دست آمد. از این روش می توان برای برآورد نیاز آبی گیاهان مختلف بدون استفاده از (میکرو) لایسیمتر بهره برد.

    کلید واژگان: آبیاری، تبخیر-تعرق، ضریب گیاهی، فضای سبز
    Ahmad Pezeshk, Seyed Mohammadreza Naghedifar, Mahdi Selahvarzi, Alinaghi Ziaei *

    Cover plants, among the most commonly used plants in the realm of green spaces, are typically characterized by shallow roots. In this research, a simple and flexible algorithm has been introduced for calculating the basal crop coefficient and evaporation coefficient of shallow-rooted plants without the use of (micro-) lysimeters. The presented algorithm requires measurements of moisture at three depths for short-term calculations and only surface layer moisture monitoring for long-term calculations. Using this algorithm, it is possible to calculate the potential evaporation and transpiration of the plant. Furthermore, the presented algorithm is independent of time steps. To evaluate this algorithm, nine experimental plots were utilized, including six Frankenia plots with full coverage and three bare soil plots during the peak water demand period. All experiments were conducted at the educational site of irrigation systems in the vicinity of the meteorological site of Ferdowsi University of Mashhad (FUM). For this purpose, the water content and irrigation of these plots was fulfilled (at most) every 48 hr. The results indicated that the presented algorithm has good capabilities for estimating the basal crop and evaporation coefficients. Additionally, the basal crop coefficient for Frankenia plant was found to be 1, and the evaporation coefficient was 0.58. Therefore, this method can be employed for estimating the water requirements of different plants without using (micro-) lysimeters.

    Keywords: Evapotranspiration, Crop Coefficient, Irrigation, Landscape
  • مهدی غلامی شرفخانه، علی نقی ضیایی*، سید محمدرضا ناقدی فر، امیر اکبری

    طراحی نامناسب و مدیریت نادرست سیستم های آبیاری از اشکالات اساسی در حوزه کشاورزی بوده و سبب ایجاد تلفات شدید در این بخش شده است. داده برداری میدانی در طول فصل رشد و استفاده از مدل های گیاهی یکی از راه کارهای سودمند در جهت بهبود برنامه ریزی آبیاری در شرایط مختلف مزرعه است. در این پژوهش، در طول فصل رشد با داده برداری کامل از تغییرات رطوبت خاک در اعماق مختلف و شاخص های مختلف رشد گیاه، نرم افزار AquaCrop برای ذرت علوفه ای (.Zea mays L) در مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد در سال 1400، واسنجی شد. سپس با استفاده از نرم افزار، بازه های حساس گیاه به تنش خشکی و مقادیر حدی کاهش محصول در مراحل مختلف رشد با هدف بهبود برنامه ریزی آبیاری در مزرعه ذرت تعیین شد. کاهش زیست توده، ماده خشک تولیدی و تغییرات کارایی مصرف آب تبخیر-تعرق یافته در طول فصل رشد متناسب با مقادیر مختلف کاهش رطوبت در ناحیه ریشه گیاه بررسی و برنامه ریزی آبیاری از طریق اعمال تنش به بازه های کم حساسیت تر انجام شد. بهسازی برنامه ریزی آبیاری انجام شده در مزرعه سبب عدم تغییر در مقدار زیست توده و ماده خشک تولیدی (38/0 درصد افزایش در مقدار زیست توده تولید شده و 52/0 درصد افزایش در مقدار ماده خشک) و در عین حال 6/26 درصد کاهش عمق آب آبیاری، 6/85 درصد کاهش زه آب و افزایش بهره وری آب تبخیر-تعرق یافته از 66/4 به 67/4 کیلوگرم بر مترمکعب نسبت به وضعیت قبل از بهسازی شد. در وضعیت قبل از بهسازی، مزرعه به صورت کاملا سنتی و متناسب با عرف منطقه راهبری می شد. یافته های این پژوهش می تواند به متخصصان آبیاری در زمینه کاهش مصرف آب، افزایش کارایی، شناسایی بازه های حساس به خشکی در طول فصل رشد و میزان حساسیت هر مرحله به تنش و تدقیق برنامه ریزی آبیاری کمک شایانی نماید.

    کلید واژگان: بهره وری آب، تنش خشکی، ذرت، رطوبت خاک، AquaCrop
    Mahdi Gholami Sharafkhane, Ali Naghi Ziaei *, Seyed Mohammadreza Naghedifar, Amir Akbari
    Introduction

    Agriculture is the largest consumer of fresh water in the whole world. Currently, almost 11% of the Earth’s total land surface is arable, which is expected to reach 13% by 2050. Roughly 17% of these lands are subject to modern form of irrigation management, which constitutes about 30-40% of the gross agricultural output. Reducing water consumption and increase water productivity in agriculture, requires a correct understanding of the biological response of crop to water. The ever-increasing growth of the population and the limitation of fresh water resources have led irrigation experts to new and efficient approaches in making decision to increase water productivity. The lack of scheduling in irrigation or their incompatibility with weather conditions, soil, irrigation system, agricultural restrictions and different phenological stages of crop, has caused severe losses in irrigated fields. Crop modeling and field data measurement can help irrigation experts improve irrigation scheduling in field and reduce water losses. Coupling in-situ measurement and crop modeling during the growing season is one of the useful solutions to improve irrigation scheduling in different farm conditions. In this paper, AquaCrop was calibrated for maize (Zea mays L.) in research farm of Ferdowsi University of Mashhad with comprehensive dataset. Variations of soil water content at different depths and also different growth indices was monitored during one growing season. The main novelty of this research is the targeted use of AquaCrop software to reduce water consumption by knowing the phenologically sensitive stages.

    Materials and Methods

    In-situ and in-lab measurements along with plant modeling, have been the two main parts of this research. First, the input files of the AquaCrop software were prepared and calibrated for maize during one growing season. The outputs of software including variations of moisture, biomass produced during the growing season and final yield were compared with the values measured in the field. After ensuring the accuracy of calibrated software, an improved irrigation scheduling was investigated. Subsequently, by means of crop modeling, the sensitive intervals of the crop to soil water stress as well as the thresholds of yield reduction in different stages of growing season were determined with the aim of improving irrigation scheduling in maize field. Biomass reduction, dry yield production, and the changes in water use efficiency during the growing season were investigated according to different amounts of moisture reduction in root zone, and irrigation scheduling was fulfilled by applying stress to less sensitive stages. The software was first run in Net Irrigation Requirement mode. Then, different amounts of drought stress were applied to each of the growth stages of the crop, and the other stages were kept constant in non-stressed condition. Dry yield and biomass reduction as well as water productivity changes were obtained for each stage. According to the threshold values and the amount of yield reduction at each stage, it is possible to fine-tune the time and amount of applying stress to crop. Furthermore, according to the moisture profile of the root zone, the drained water was significantly reduced in field. In this research, in order to increase accuracy in moisture measurement and prevent errors, an equation was developed to convert the mV output of sensor to volumetric moisture. At each moisture measurement, the PR2 sensor reports a number in mV for each depth, which is converted to volumetric moisture using device's conversion equation. This equation can vary according to field and soil condition. To develop the conversion equation, six same pots with a height of 40 cm and diameter of 30 cm were filled with the desired field soil, and the access tubes were placed horizontally inside them. The soil inside these pots was completely saturated and exposed to air for drying. During the drying period of the pots, the soil moisture was measured regularly using PR2 sensor and at the same time by weight method. After these measurements, calibration curves for PR2 sensor were obtained using the alpha mixing method for different depths.

    Results and Discussion

    The Pearson correlation coefficient for measured and simulated moisture by software, was 0.84 and the root mean square error was 12 mm. Also, the value of Pearson correlation coefficient for measured and simulated values of biomass was equal to 0.99 and mean square root of error was 1.3 ton/ha. The results showed that the vegetative stage of crop was sensitive to drought stress and caused a significant yield reduction at the end of the growing season. The stage of germination and flowering were less sensitive, such that the decrease of moisture up to 12.3% compared to the Net Irrigation Requirement mode would not change the final yield of the crop. The improvement made in the field resulted in no change in the amount of biomass and dry yield (0.38% increase in biomass and 0.52% increase in dry yield), at the same time 26.6% decrease in depth of irrigation water, 85.6% decrease In drainage and increasing the efficiency of evapotranspirated water, it has increased from 4.66% to 4.67% kg/m3 compared to condition before modify. Before modify, the farm was managed in traditional way.

    Conclusion

    More research in the field of irrigation scheduling and providing comprehensive instructions to farmers in different weather conditions and different irrigation systems, taking into account different management approaches in allocating water to different parts of the farm along with investigating the effects of saline water irrigation, can be topics for the next research should be for experts in this field.

    Keywords: AquaCrop, irrigation scheduling, Maize, Water use efficiency
  • سید حسن طباطبایی، سید مجید میرلطیفی، حسین دهقانی سانیج، سید محمدرضا ناقدی فر، اشکان شکری

    روش های گوناگونی برای بدست آوردن رطوبت خاک در عمق ریشه توسعه یافته اند که از آن جمله می توان به استفاده از حسگرهای اندازه گیری رطوبت خاک و یا به مدل های شبیه سازی رطوبت خاک اشاره کرد. هر یک از روش ها مزایا و معایب خود را دارند. علم داده گواری به مجموعه روش هایی اطلاق می گردد که در آن به صورت توام از مدل های مبتنی بر فیزیک پدیده ی مورد مطالعه و مشاهدات اندازه گیری شده از آن، استفاده می گردد تا تخمین دقیق تری از پدیده مورد مطالعه بدست آید. در پژوهش حاضر، امکان کاهش تعداد عمق های اندازه گیری رطوبت توسط حسگرهای رطوبت سنج خاک در عمق و افزایش فاصله زمانی بین دو برداشت اطلاعات متوالی از حسگرهای رطوبت سنج آن ها، با استفاده از داده گواری به کمک فیلتر کالمن همادی بررسی شد. داده های مورد نیاز مدلسازی از دو مزرعه چغندرقند و دو مزرعه ذرت علوفه ای در منطقه جوین در استان خراسان رضوی در بازه زمانی اردیبهشت تا آبان 1399 به صورت میدانی برداشت شد. نتایج پژوهش مبین آن بود که سناریوهای داده گواری با استفاده از فیلتر کالمن همادی توانسته اند با استفاده از مشاهدات با فواصل زمانی طولانی تر به سطح مناسبی از دقت برسند و مجموع قطر ماتریس کوواریانس شبیه سازی را در مقایسه با شبیه سازی سیستم بدون داده گواری 61 تا 86 درصد کاهش دهند. nRMSD رطوبت خاک برای عمق لایه توسعه ریشه، در مقایسه با شبیه سازی سیستم بدون داده گواری، از0.04 تا 0.12 کاهش یافت. مقایسه نتایج سناریوهای داده گواری نشانگر آن بودند که با انتخاب مناسب تعداد عمق های مشاهدات، امکان دستیابی به تخمینی از رطوبت خاک با دقت مناسب، با استفاده از حداقل تعداد حسگرهای رطوبت خاک فراهم است.

    کلید واژگان: تخمین بهینه حالت، تبخیر-تعرق، جزء برداشت، فیلترکالمن همادی
    Seyed Hasan Tabatabaii, Seyed Majid Mirlatifi, Hosein Dehghanisanij, Seyed MohammadReza Naghedifar, Ashkan Shokri
    Introduction

    The fundamental principles of smart irrigation hinges upon precise assessments of soil moisture content within the root zone layer. Various techniques have been developed to ascertain root zone soil moisture content, such as using soil moisture measurement sensors or simulation models. Each one of these methods has its own distinct advantages and disadvantages. Data assimilation encompasses an array of approaches that combine model estimates with the corresponding observed data to derive a more precise estimations of the required data. The purpose of this research is to ascertain the feasibility of reducing the number of depths at which soil moisture measurements were taken and increasing the time interval between two consecutive soil moisture measurements using the Ensemble Kalman filter.

    Methodology

    This study was conducted synthetically based on information collected from four farms in Jovein, Khorasan Razavi Province, cultivating sugar beets and corn. Data was collected from four farms during the period of April to November 2020. The numerical solution of the Richards equation with the inclusion of the sink term was used to simulate the soil moisture changes in the root zone layer. To mitigate data assimilation's vulnerability to potential result divergence among members, an identification and correction mechanism, along with handling divergent members, were integrated into the system. This mechanism was found on the sudden model result shift throughout the entire root profile between two consecutive days. Two indicators were used to evaluate the scenarios: a) the sum of covariance matrix diameters at the last simulation time step, and b) the normalized root mean square difference of the soil moisture content within the soil profile, comparing the scenarios with the scenario having the largest number of soil moisture measurement depths and the shortest time interval between two consecutive measurements.

    Results and Discussion

    The results indicated that with the application of Ensemble Kalman filter, it is possible to improve the accuracy of the results using a longer time interval between measurements. The Data Assimilation scenarios exhibited a remarkable capability in reducing the diameter of the covariance matrix. This reduction, ranging from 61% to 86%, compared to the open-loop scenario, emphasizes the ability of Ensemble Kalman filter to effectively mitigate uncertainty. The normalized root mean square difference , was notably improved by the Data Assimilation scenarios. The normalized root mean square difference of scenarios ranged from 0.03 to 0.11, while the normalized root mean square difference for the Open Loop was 0.15, highlighting the capacity of Ensemble Kalman filter to minimize discrepancies between simulated and observed soil moisture profiles. Such reductions in normalized root mean square difference values signify the model's improved ability to capture actual soil moisture variations, thus contributing to more reliable predictions and better decision-making in agricultural water management. The application of Ensemble Kalman filter helped to select the proper measurement depths and ultimately to reduce the number of required soil measurement points.

    Conclusions

    Data Assimilation successfully diminished the uncertainty of the soil moisture content results, even when utilizing the minimum number of soil moisture measurement depths and maximum time intervals between observations. Both of these findings—increasing the time interval between consecutive measurements and reducing the required number of measurement depths—indicate that with the application of data assimilation, it is possible to decrease the cost of the implementation of the smart irrigation.

    Keywords: Ensemble Kalman Filter, Evapotranspiration, Optimal State Estimation, Sink Term
  • امیر اکبری، علی نقی ضیائی*، سید محمدرضا ناقدی فر، پرویز رضوانی مقدم، مهدی غلامی شرفخانه
    زعفران یکی از ارزشمندترین ادویه های جهان به شمار می آید و باتوجه به ارزش اقتصادی بالا و نیاز آبی پایین، کشت آن در شرق ایران از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این پژوهش که در سال زراعی 1401-1400در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه فردوسی مشهد صورت گرفت، مدل اکواکراپ جهت شبیه سازی عملکرد گیاه زعفران با استفاده از اندازه گیری های میدانی واسنجی و صحت سنجی شد. بدین منظور رطوبت خاک، زیست توده و سطح سایه انداز گیاه با تفکیک زمانی نسبتا بالا در طول فصل رشد اندازه گیری گردید. مقدار ضریب همبستگی پیرسون، میانگین ریشه مربعات خطا، شاخص توافق ویلموت و ضریب کارایی نش - ساتکلیف برای شبیه سازی رطوبت به ترتیب 87/0، 8/7 میلی متر،92/0 و 62/0 ، برای زیست توده گیاه 99/0، 3/0 تن برهکتار، 99/0 و 98/0 و همچنین برای سطح سایه انداز گیاه 98/0 ،5 درصد، 98/0 و 93/0 به دست آمد. بازه های حساس گیاه زعفران از طریق بررسی تغییرات وزن بنه دختری ، زیست توده و بهره وری آب در طول مراحل مختلف رشد نسبت به تنش آبی تعیین و یک سناریوی اصلاح شده جهت بهبود وضعیت آبیاری مزرعه پیشنهاد گردید. با اعمال این سناریو و اجرای مدل، مقدار وزن بنه دختری از 550/5 به 693/7 تن بر هکتار و زیست توده از 204/7 به 395/9 تن بر هکتار افزایش یافت. مقدار بهره وری آب نیز از 50/3 به 69/3 کیلوگرم بر مترمکعب رسید و 85 میلی متر آب صرفه جویی شد.
    کلید واژگان: اکواکراپ، رطوبت، سطح سایه انداز، زیست توده گیاهی
    Amir Akbari, Alinaghi Ziaei *, Seyed Mohammadreza Naghedifar, Parviz Rezvani Moghaddam, Mahdi Gholami Sharafkhane
    Saffron is one of the most valuable spices in the world and due to its high economic value and low water requirement, it is widely cultivated in eastern Iran. In this research, which took place in the research farm of the Ferdowsi University of Mashhad, Iran, in 2021-2022, the AquaCrop model to simulate the yield of the saffron plant was calibrated and validated using field measurements. Therefore, soil moisture, biomass, and plant canopy cover area were measured with a relatively high time resolution during the growing season. Pearson's correlation coefficient, root mean square, error, index of agreement and Nash–Sutcliffe index for moisture simulation were 0.87, 7.8 mm, 0.92 and 0.62 respectively, plant biomass was 0.99, 0.3 t.ha-1, 0.99, 0.98 and also 0.98 , 5%, 0.98 and 0.93 were obtained for canopy cover . The sensitive stages of the saffron plant were determined by examining the changes in daughter corms weight, biomass, and water productivity during different stages of growth in response to water stress, and a revised scenario was proposed to improve field irrigation. By applying this scenario and running the model, the amount of daughter corms weight production increased from 5.550 to 7.693 t.ha-1 and biomass from 7.204 to 9.395 t.ha-1. The water productivity value also increased from 3.50 to 3.69 kg.m-3 and 85 mm was saved in water consumption.
    Keywords: Aqua Crop, Moisture, Biomass, Canopy cover
  • سید محمدرضا ناقدی فر، علی نقی ضیائی*، حسین انصاری
    توسعه مدل های عددی برای ارزیابی و مدیریت روش های آبیاری بخشی از فعالیت های لازم برای تولید سامانه های پشتیبانی تصمیم مدیریت آب در مزرعه می باشد. در این راستا، پژوهش حاضر به توسعه یک مدل تلفیقی آبیاری جویچه ای با استفاده از معادلات سنت-ونانت یک بعدی هیدرودینامیک و فرم کامل معادله سه بعدی ریچاردز می پردازد. برای حل معادلات سنت-ونانت از یک طرح صریح و برای حل معادله ریچاردز از طرح ضمنی استفاده شده است. همچنین از روش انتقال دستگاه مختصات برای مدیریت شبکه نامتعامد معادله سه بعدی بهره گرفته شده است. مدل ارایه شده توسط داده های آزمایشگاهی و عددی مورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج ارایه شده دقت قابل قبولی را نشان دادند. ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدرمطلق خطا برای منحنی فاز پیشروی به ترتیب برابر با s631/0 و s630/2 به دست آمد. همچنین حداکثر خطای ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین قدرمطلق خطا برای شبیه سازی توزیع پتانسیل ماتریک به ترتیب برابر با  m24/0 و m 45/0 بود. در نهایت مدل ارایه شده برای شبیه سازی آبیاری در یک آزمایش عددی آبیاری جویچه ای با پنج نوبت آبیاری مورد استفاده  قرار گرفته و نتایج تجزیه و تحلیل شد. نتایج نشان داد که مدل حاضر توانایی شبیه سازی فاز پیشروی آبیاری جویچه ای را دارد.
    کلید واژگان: جریان سطحی، جریان زیرسطحی، فاز پیشروی، توزیع مجدد
    Seyed Mohammadreza Naghedifar, Ali Naghi Ziaei *, Hossein Ansari
    Development of numerical models for management and assessment of irrigation systems is an important step for establishing farm decision support systems. In this study, a coupled model has been developed for simulation of furrow irrigation using 1D fully hydrodynamic form of Saint-Venant equations and 3D fully-form of Richards’ equation. The Saint-Venant equations have been discretized by an explicit scheme while the Richards’ equation has been solved by an implicit scheme. Furthermore, coordinate transformation technique was employed to handle non-orthogonal grids of 3D Richards’ equation. The model was subsequently validated using experimental and numerical data and in all cases acceptable accuracy was observed. Root mean square error and mean absolute error for the advance phase were 0.63 and 2.63 sec, respectively. Furthermore, the maximum root mean square error and the mean absolute error for pressure head distribution were obtained 0.24 and 0.45 m, respectively.  Finally, the proposed model was employed to simulate furrow irrigation for five irrigation events and the results were analyzed. The results showed that the proposed model is able to simulate advance phase of furrow irrigation.
    Keywords: Overland Flow, Subsurface flow, Advance phase, redistribution
  • انسیه شمسی تواسانی، علی نقی ضیائی*، سید محمدرضا ناقدی فر، حسین انصاری

    از آنجایی که بسیاری از مناطق ایران جزء مناطق خشک و نیمه خشک جهان محسوب می شود، موضوع تغذیه آب های زیرزمینی به عنوان یکی از اجزای مهم چرخه آب در این مناطق از اهمیت زیادی برخوردار است. در این پژوهش، تغذیه آب زیرزمینی ناشی از آب آبیاری برای 30 نقطه از دشت نیشابور که دارای لاگ حفاری بودند در سناریوهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. داده های روزانه شامل بارش و تبخیروتعرق و شاخص سطح برگ گیاه کشت شده، برای شبیه سازی در HYDRUS-1D استفاده شد. 30 لاگ حفاری براساس تنوع عمق سطح ایستابی و موقعیت مکانی و پراکندگی در سطح آبخوان برای مدل سازی انتخاب شدند. بررسی میزان تغذیه در سناریو کشت گندم-آیش نشان داد که بسته به نوع بافت و ضخامت لایه غیر اشباع، مقدار تغذیه نسبت به تعداد دفعات آبیاری متفاوت خواهد بود. در بافت شنی حداکثر مقدار تغذیه مربوط به سناریوی 5 نوبت آبیاری (در بلوک خاکی با عمق 15 متر) به طور متوسط برابر 23/325 میلی متر در سال (45 درصد آب کاربردی) است. در بافت لوم-رسی-شنی بیشترین مقدار تغذیه در سناریوی 7 نوبت آبیاری (در بلوک خاکی با عمق 12 متر) به طور متوسط برابر 86/68 میلی متر در سال (5/9 درصد مقدار آب کاربردی) می باشد. در لاگ های حفاری با بافت لومی به دلیل زیاد بودن عمق بلوک خاک، مقدار تغذیه در سناریوهای مختلف یکسان و برابر 5/3 میلی متر در سال (05/0 درصد آب کاربردی) است. در سناریو کشت گندم-محصول تابستانه، به دلیل آبیاری گیاه گوجه فرنگی در فصل تابستان افزایش میزان تغذیه در لاگ های حفاری مشاهده می شود که به موجب آن بیشترین مقدار تغذیه در لاگ حفاری با بافت شنی و عمق بلوک خاک 15 متر به طور متوسط برابر با 47/440 میلی متر در سال (60 درصد آب کاربردی) می باشد.

    کلید واژگان: معادله ریچاردز، HYDRUS -1D، منطقه خشک و نیمه خشک، نفوذ
    Ensiye Shamsi, Ali Naghi Ziaei *, Seyed MohammadReza Naghedifar, Hossein Ansary

    Since many parts of Iran are located in arid and semi-arid regions of the world, groundwater recharge is an important component of the water cycle in these areas. In this paper, groundwater recharge under different irrigation scenarios for thirty logs lied in Neishabour plain was investigated. Daily data, including precipitation, evapotranspiration and leaf area index were used to run HYDRUS-1D software. Thirty observation logs with different depths of water table were selected at different locations in the plain. Analysis of the recharge rate in the wheat-fallow scenario showed that for different soil textures, groundwater recharge is dependent on the number of irrigation applications. For the logs with sandy soil textures, the maximum amount of recharge was obtained in five irrigation events scenario by an average of 325.23 mm year-1. For the logs with sandy clay loam soil texture, the highest recharge rate was obtained in the seven irrigation events scenario by an average of 67.43 mm per year-1. In the logs dug in loamy soil texture, due to the high depth of the soil block, the same recharge rate was obtained at different scenarios. In the case of a double-cropping scenario, groundwater recharge increased due to irrigation of tomato in summer. In this scenario, the highest recharge rate was obtained in observation log drilled in sandy soil texture with a depth of 15 m which was equal to 440.47 mm year-1.

    Keywords: Richards’ equation, HYDRUS -1D, Arid, semi-arid region, Infiltration
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال