فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و هفتم شماره 6 (بهمن و اسفند 1399)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال بیست و هفتم شماره 6 (بهمن و اسفند 1399)

  • تاریخ انتشار: 1400/02/08
  • تعداد عناوین: 14
|
  • احمد اخوان*، احمد گلچین صفحات 1-26

    سابقه و هدف

     پسماندهای معدن سرب-روی استان زنجان حاوی غلظت بالایی از فلزات سمی مخصوصا آرسنیک هستند که می-توانند به راحتی به خاک های اطراف و مسیرآب های زیر زمینی آزاد شوند. این پسماندها در اثر ارتباط با آب ایجاد شیرابه می کنند که برای محیط زیست، توده جانوری و انسان ها بسیار خطرناک است. اما متاسفانه فرایندهای ژیوشیمیایی و کانی شناسی که رهاسازی آرسنیک از پسماندها را کنترل می کند به خوبی مطالعه نشده است. بنابراین هدف این پژوهش ارزیابی ویژگی های آبشویی آرسنیک تحت شرایط مختلف زیست محیطی است تا پارامترها و فاکتورهای کنترل کننده غلظت آن در شیرابه مشخص گردد.

    مواد و روش:

     فرایندهای متفاوت آبشویی آرسنیک از پسماندهای معدن سرب-روی در سناریوهای مختلف زیست محیطی مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور تعیین مقدار آبشویی آرسنیک درشرایط مختلف 4 پروتکل آبشویی شامل روش ویژه سمیت (TCLP) روش آبشویی بارندگی مصنوعی (SPLP)، روش آبشویی مزرعه (FLT) و روش عصاره گیری شیرابه (LEP) اجرا شد. همچنین جهت بررسی تاثیر عامل های مختلف مانند pH، زمان تماس، نسبت آب به خاک و اندازه ذرات بر مقدار آبشویی آرسنیک از پسماندهای معدن سرب-روی آزمایش های آبشویی بسته مورد اجرا قرار گرفت. روش جزءبندی شیمیایی نیز به منظور بررسی نحوه توزیع آرسنیک در بین اجزاء مختلف پسماند انجام شد. کد ارزیابی خطر (RAC) بر اساس روش جزءبندی شیمیایی برای بررسی سطح تحرک آرسنیک در پسماندها تعیین شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در هر دو نمونه بیشترین مقدار آرسنیک در جزء باقیمانده بود و بدین ترتیب آرسنیک در این پسماندها تحت شرایط زیست محیطی پایدار قرار داشت. طبق شاخص RAC پسماندها از نظر آرسنیک در گروه بقایای کم خطر قرار گرفتند. در عصاره های به دست آمده از آزمایش های TCLP، LEP، FLT و LEP غلظت آرسنیک کمتر از حدود مجاز آرسنیک در شیرابه حاصل از مواد زاید بود. بیشترین غلظت آرسنیک آبشویی شده در آزمایش LEP و نمونهS1 مشاهده شد. طبق روش SPLP پسماندهای معدن سرب-روی پتانسیل بالایی برای ایجاد آلودگی در آب های سطحی و زیر زمینی داشتند. تحرک آرسنیک در پسماندها کاملا متاثر از pH، زمان تماس، اندازه ذرات و نسبت آب به خاک بود. آبشویی آرسنیک در شرایط فوق اسیدی و قلیایی نسبت به حالت های دیگر بسیار بیشتر بود. در حقیقت رفتار آبشویی وابسته به پی اچ آرسنیک از پسماندها حالت آمفوتریک داشت. در نمونه S1 بیشترین مقدار آبشویی آرسنیک در ذراتی با اندازه 500-600 میکرومتر بود درحالیکه در نمونه S2 بیشترین مقدار رهاسازی آرسنیک مربوط به ذراتی در اندازه 250-150 میکرومتر بود.

    نتیجه گیری

    با توجه به نتایج پروتکل های آبشویی، جزء بندی آرسنیک و فاکتورهای موثر بر غلظت آرسنیک در شیرابه؛ کاهش دادن حجم آب منفذی و زمان تماس آب با پسماندها، کنترل pH و جلوگیری از پخش ذرات پسماند در محیط زیست، مهمترین فاکتورهای موثر در پیشگیری و مدیریت انتشار آلودگی به منابع زیست محیطی هستند.

    کلیدواژگان: پسماند، آلودگی، رهاسازی، آرسنیک
  • سید اکبر ساداتی*، ناصر نظری، رستم قره داغی، علی فرامرزی صفحات 27-46

    سابقه و هدف:

     روند افزایش جمعیت شهری، روستایی و اثر رقابت خانوارها در تامین نیازهای پایه زندگی، سبب شده تا مصرف منابع مختلف از جمله میان دورود مازندران رشد شتابان به خود گیرند. در چنین فضای رقابتی، منابع زمین های زراعی دستخوش تغییر شده بطوریکه، دامنه این نیازهای انسانی به منابع، منجر به تغییر کاربری اراضی و به دنبال آن، افزایش فرسایندگی و کاهش منابع تجدیدپذیر در منطقه هدف پژوهش گردیده است. در همین راستا، سوابق پژوهش های جهانی مرتبط با تغییر کاربری اراضی، نتایج حدودا یکسانی را مبنی بر کاهش کمی و کیفی خاک های زراعی و افزایش فرسایش منابع خاکی، اشاره داشته اند. لذا، هدف از این پژوهش راهبردی، نشانه به روند تغییر کاربری اراضی مرسوم بر کاستی های اثربخشی-های فرایندی بوده و سبب پایداری خاک های زیر کشت، توسعه اشتغال دوسویه و افزایش بهره وری سیستم های زراعی منطقه میان دورود می گردند.

    مواد و روش ها

    منطقه میاندورود، به دلیل برخورداری از ساختار تمدن طبیعی و منطقه ویژه کشاورزی، این مطالعه پژوهشی در این منطقه راهبردی صورت پذیرفت. وسعت کل این منطقه 483 کیلومتر مربع، که حدود زمین های دایر آن، 33530 هکتار می باشد. این پژوهش، که از نوع مطالعات توصیفی- تحلیلی و با رویکرد میدانی(پیمایشی)، و جامعه آماری آن مولفه های درون و برون سیستمی منطقه (قوت - ضعف و فرصت - تهدید)، و اطلاعات مولفه های مهم خاک می باشند. از اینرو، مدل انتخابی برای این هدف راهبردی، (WOTS-UP Analysis) و زیر مجموعه های آن است. برای تحلیل و نتیجه گیری به ترتیب؛ از برنامه اکسل، جدول ماتریس برنامه ریزی استراتژیک کمی و برنامه هوشمند ونسیم، برای تصمیم گیری استفاده گردید. و برای رتبه بندی مولفه های داخلی و خارجی، از تجربه و تفکر استراتژیستی و مشورت با کارشناسان خبره منطقه(به صورت پیمایشی)، کمک گرفته شد.

    یافته ها

    با توجه به روند تغییر کاربری اراضی و افزایش خرده مالکین در منطقه، میزان درصد اثربخشی های فرایندی 97/33 % بسیار پایین نشان داده است. در نتیجه با پایین بودن اثربخشی فرایندی، میزان مولفه های تحت تاثیر نظیر؛ کاهش در صد کربن آلی خاک از 7/2 به 56/0، مقدار فسفر قابل استفاده خاک های منطقه از 3/56 به 4/6 میلی گرم برکیلوگرم، مقدارپتاسیم قابل جذب از 301 به 117 میلی گرم بر کیلوگرم، مقدار گوگرد قابل جذب از 1/29 به 5/20 میلی گرم بر کیلوگرم، افزایش pH خاک های منطقه دشت از 6/6 به 9/7، و افزایش تدریجی هدایت الکتریکی EC، از 9/0 به 0/3، (dS/m) و در نهایت باعث افزایش تراکم منفی فیزیکی در عمق 30- 25 سانتی متری خاک های زراعی منطقه در طی یک دهه گذشته شده است.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش که با شناسایی مولفه های پیش برنده (نقاط قوت و نقاط فرصت)، و مولفه های بازدارندگی (نقاط ضعف و نقاط تهدید)، همراه بوده نشان داد که، تغییر کاربری اراضی در منطقه مورد هدف پژوهش بر خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک های اراضی منطقه میان دورود، اثر منفی دارد. و بالعکس، با اجرای سیستم مدیریت راهبردی (انتخاب سناریوی 3) می توان، در پایداری خاک های زراعی، توسعه اشتغال دوسویه، کاهش نرخ بیکاری، اثربخشی در بهره وری خاک-های زراعی موثر واقع شد.

    کلیدواژگان: کاربری اراضی، مولفه های اصلی خاک، سیستم راهبردی'، پایداری خاک، 'اثربخشی فرایندی
  • علی فرودی*، کیومرث روشنگر، علیرضا آقائی فر صفحات 47-66

    سابقه و هدف:

     هدف از طراحی مستهلک کننده های انرژی، مستهلک کردن بخشی از انرژی جنبشی جریان به منظور جلوگیری از تخریب و ایجاد حفره در زیر سرریزها، شوت ها و دریچه ها می باشد. اگر چه تحقیقات متعددی در این زمینه انجام شده است، اما بررسی ها حاکی از آن است با وجود این تحقیقات متعدد، هیدرولیک جریان سرریزهای پلکانی قوس محور متاثر از تغییرات شیب کانال ترانزیشن پایین دست تا کنون مورد توجه قرار نگرفته و تحقیقی بر روی آن انجام نشده است به همین دلیل هیدرولیک این نوع خاص سرریز تاکنون ناشناخته مانده است، لذا در این تحقیق سرریز پلکانی قوس محور با دیواره های هادی متقارب تحت تاثیر تغییرات شیب ترانزیشن مورد آزمایش واقع شده است.

    مواد و روش ها

    این پژوهش با هدف بررسی آزمایشگاهی عملکرد هیدرولیکی سرریزهای پلکانی قوس محور تحت تاثیر تغییرات شیب کانال ترانزیشن انجام شده است. آزمایشات در یک فلوم مستطیلی به طول 15 متر، ارتفاع 1 متر و عرض 1 متر انجام شد. آزمایش ها به ازای دبی های مختلف بین 15/0 تا 01/2 برابر دبی طراحی انجام گردید و مدل فیزیکی ساخته شده تحت 4 شیب کانال ترانزیشن پایین دست (m) شامل 1:27، 1:30، 1:33و 0 مورد آزمایش قرار گرفت.

    یافته ها

    آزمایشات نشان داد که در سرریزهای پلکانی قوس محور تحت اثر تغییرات شیب کانال ترانزیشن پایین دست (m) با کاهش شیب ترانزیشن، ظرفیت تخلیه سرریز به ازای بالاترین هد مجاز بیشتر خواهد شد. همچنین در بازه 7/0 H/H_d < مقدار ضریب دبی در مدل فیزیکی پلکانی در کلیه شیب ها کمتر از مدل صاف USBR مشاهده گردید. در بازه 3/1<H/H_d < 7/0 این مقدار با ضریب آبگذری سرریز USBR تطابق دارد، اما با افزایش بار آبی کل، درتمامی شیب ترانزیش ها، به دلیل استغراق سرریز، نمودار ضریب دبی روند کاهشی به خود گرفته و کاهش کارایی سرریز نسبت به سرریز اوجی استاندارد USBR مشاهده می شود. علاوه بر این، آزمایشات نشان داد، مدل-های با شیب کانال ترانزیشن 0m= و1:33 m=، تنها مدل هایی می باشند که توان عبور حداکثر دبی سیلاب محمتل را در حداکثر ارتفاع مجاز (m5) دارا می باشد و از آنجایی که شیب کانال گذار 1:33m= دارای ابعاد هندسی کوچکتری در کانال پایین دست در مقایسه با شیب کانال گذار 0 m= می باشد، بنابراین این شیب می تواند بعنوان مناسب ترین شیب ترانزیشن در کانال پایین دست معرفی گردد.

    نتیجه گیری

    نتایج کمی وکیفی تحقیق حاضر بصورت زیر خلاصه می گردد. 1-در سرریزهای پلکانی قوس محور با افزایش بار آبی بالادست، ضریب دبی به ازای تمامی شیب ترانزیشن ها افزایش می یابد و نیز تا هنگامی که سرریز در محدوه جریان های بحرانی و فوق بحرانی قرار دارد، تغییرات سیب ترانزیشن تاثیر قابل ملاحظه ای بر ضریب دبی ندارد. علیرغم این، وقتی سرریز مستغرق می گردد، تفاوت در ضریب دبی نمایان می شود که می تواند بخاطر استغراق موضعی در پایاب باشد. 2- استهلاک انرژی با افزایش دبی کاهش می یابد، اما مدل ها با مقادیر شیب ترانزیشن کوچکتر انرژی بیشتری را در دبی های بالاتر مستهلک می کنند. 3- مدل با شیب کانال ترانزیشن 1:33m= که توان عبور حداکثر دبی سیلاب محمتل را در حداکثر ارتفاع مجاز (m5) دارا می باشد می تواند بعنوان مناسب ترین شیب ترانزیشن در کانال پایین دست معرفی گردد.

    کلیدواژگان: سرریز پلکانی، عملکرد هیدرولیکی، کانال تبدیل، قوس محوری، مدل فیزیکی
  • سارا آذرگشب، سید مهدی هاشمی شاهدانی*، عباس روزبهانی صفحات 67-84

    سابقه و هدف:

     در شبکه های آبیاری، بخش قابل توجهی از آب در طی فرآیند توزیع به علت تلفات ناشی از نشت و بهره برداری هدر می رود. با توجه به محدودیت های منابع آب لازم است تا به منظور رفع این مشکل روش هایی برای کاهش تلفات از کانال ارایه گردند. از اینرو، در تحقیق پیشرو، با هدف ارتقاء بهره وری آب در سامانه های توزیع آب کشاورزی، روشی برای برآورد حداقل تلفات ناشی از نشت و بهره برداری در کانال های خاکی با استفاده از مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان ارایه شد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش نوآوری و هدف، بهینه سازی تلفات نشت و بهره برداری در سامانه های توزیع آب با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان است و در نهایت نتایج حاصل از الگوریتم برای مدیریت منابع آب به ویژه در سامانه های توزیع آب کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. برای دستیابی به هدف ذکر شده در بخش نخست، اطلاعات پایه مورد نیاز از کانال دشت مغان جمع آوری و با هدف شبیه سازی هیدرولیکی جریان در کانال های روباز از مدل ریاضی بهره برداری ساده شده انتگرالی- تاخیری استفاده شد. در ادامه، به منظور حداقل سازی تلفات نشت از رابطه استخراج شده از سابقه تحقیق استفاده و بر اساس مقدار نشت اندازه گیری شده در هربازه از 23 کیلومتر کانال مدنظر این تحقیق، واسنجی و صحت سنجی شد. به منظور بهینه سازی در این تحقیق، دو تابع تک هدفه، به ترتیب با هدف حداقل سازی تلفات نشت و حداقل سازی کمبود آب تحویلی به هر آبگیر در فرآیند توزیع آب در کانال اصلی، تعریف و در مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان، تنظیم و تدوین شدند. در ادامه با ایجاد لینک بین مدل شبیه ساز هیدرولیکی، رابطه برآورد نشت و مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان، امکان بهینه سازی توابع مذکور فراهم شد.

    یافته ها

    با توجه به نتایج حاصل شده، در بهینه سازی تابع هدف اول، با هدف حداقل سازی تلفات نشت، مقدار تلفات نشت در طول 23 کیلومتر بازه ی انتخابی تحقیق، از مقدار 199/0 مترمکعب بر ثانیه (تلفات نشت در وضعیت حال حاضر بهره برداری کانال مورد مطالعه) به 187/0 مترمکعب برثانیه کاهش یافت. بنابراین، میزان کاهش تلفات نشت برای تابع هدف اول 6 درصد می باشد. اما اعمال تابع هدف اول منجر به افزایش مقدار تلفات بهره برداری از 91/39 درصد، که مقدار تلفات بهره برداری حاضر در کانال می باشد، به 55/45 درصد شده است. به بیان دیگر، تلفات بهره برداری در طول بازه ی انتخابی نسبت به تلفات بهره برداری حاضر در کانال مذکور، 64/5 درصد افزایش یافته است. بنابراین، مقدار کل تلفات در تابع هدف اول در مقایسه با وضعیت حاضر کانال به میزان 39/0 درصد کاهش نمود. درتابع هدف دوم بهینه سازی، نتایج حاصل حاکی از کاهش تلفات بهره برداری از مقدار 91/39 درصد به مقدار 91/27 درصد می باشد که نشان دهنده ی کاهش 12 درصدی تلفات بهره برداری در مقایسه با وضع موجود این نوع تلفات است. همچنین با اعمال تابع هدف دوم تلفات نشت از مقدار 199/0 مترمکعب برثانیه به 2168/0 مترمکعب بر ثانیه افزایش یافته است، که نشان دهنده ی افزایش 9/8 درصدی تلفات نشت در مقایسه با شرایط موجود است. مقدار کل کاهش تلفات در تابع هدف دوم نسبت به وضعیت حاضر برابر 1/3 درصد می باشد.

    نتیجه گیری

    نتایج توابع تک هدفه کاهش تلفات نشت و بهره برداری نشان دادند که بهینه سازی با هدف کاهش تلفات نشت، منجر به کاهش چشمگیری در کاهش کل تلفات در کانال های آبیاری نمی گردد. اما در سوی مقابل بهینه سازی با هدف کاهش تلفات بهره برداری، مدل بهینه ساز الگوریتم جامعه مورچگان با انتخاب اعماق بهینه توانست مقدار تلفات بهره برداری را تا مقدار قابل ملاحظه ای کاهش دهد. با توجه به نتایج، به طور کلی می توان اذعان نمود که پروژه های مدرن سازی، نوسازی و بهسازی شبکه های آبیاری، که با هدف کاهش تلفات و بهبود بهره وری آب انجام می گیرد، در صورتی که معطوف به بهبود فرآیند بهره برداری گردد، منجر به کاهش بیشتر تلفات در سامانه توزیع آب کشاورزی خواهد شد.

    کلیدواژگان: بهره برداری، کانال اصلی خاکی، بهینه سازی، تلفات توزیع، تلفات نشت
  • آرزو شریفی*، حسین شیرانی، علی اصغر بسالت پور، عیسی اسفندیارپور صفحات 85-102
    سابقه و هدف

    فرسایش بین شیاری از جمله مهم ترین شکل های فرسایش است که عوامل مختلفی از قبیل خاک، روان آب و بارندگی بر روند و مقدار آن نقش دارند. در ایران در زمینه عوامل موثر بر فرسایش بین شیاری به وسیله شبکه عصبی مصنوعی مطالعات کمی صورت گرفته، و در جیرفت بررسی انجام نشده است. بنابراین هدف از انجام این مطالعه، تشخیص عوامل موثر بر فرسایش بین شیاری با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی در چهار منطقه مختلف اطراف جیرفت در استان کرمان بود.

    مواد و روش ها

    برای انجام این پژوهش از دو مرتع و دو جنگل، تعداد 100 نمونه خاک سطحی (عمق صفر تا 10 سانتی متر) در قالب یک الگوی نمونه برداری تصادفی برداشت شد. تعدادی از خصوصیات شیمیایی و فیزیکی خاک تعیین شدند. فرسایش بین شیاری توسط باران ساز مدل کامفورست اندازه گیری شد. مدل سازی با استفاده از شبکه پرسپترون چند لایه پیش خور با روش پس انتشار خطا و قاعده آموزشی لونبرگ مارکوارت و به وسیله 11 ویژگی خاک در دو سناریو صورت گرفت. به منظور تعیین اهمیت متغیرهای ورودی، آنالیز حساسیت به روش هیل انجام شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در مناطق مورد مطالعه ویژگی های رس، سیلت، شن (2-0.05 میلی متر)، انحراف معیار هندسی و میانگین هندسی قطر ذرات، بیشترین نقش را در فرسایش بین شیاری داشته و عوامل سیمانی کننده مانند ماده آلی و کربنات کلسیم معادل از اهمیت کمتری در این ارتباط برخوردار هستند. بررسی ها نشان داد که جنگل حفاظت شده (قرق شده) با وجود داشتن شن زیاد، و سیلت، ماده آلی و کربنات کلسیم معادل کم، کمترین مقدار فرسایش را داشت (63/2 تن بر هکتار). مقدار R2 در داده های آزمون سناریوی یک (متغیرهای ورودی شامل pH، EC، چگالی ظاهری، ماده آلی، کربنات کلسیم معادل، ماده آلی جزیی، درصد شن، درصد سیلت و درصد رس) 81/0 به دست آمد. هم چنین این مقدار در سناریوی دوم (با متغیرهای ورودی pH، EC، چگالی ظاهری، ماده آلی، کربنات کلسیم معادل، ماده آلی جزیی، میانگین هندسی قطر ذرات و انحراف معیار هندسی ذرات خاک) برابر 72/0 بود. به علاوه، مقادیر جذر میانگین مربعات خطا (RMSE) برای داده های آزمون سناریوهای یک و دو، به ترتیب 77/0 و 14/1 به دست آمد.

    نتیجه گیری:

     هر چند هر دو سناریو، دقت تقریبا یکسانی در مدل سازی فرسایش بین شیاری داشتند؛ لیکن با توجه به مقدار R2 و RMSE، سناریوی اول از دقت بالاتری نسبت به سناریوی دوم برخوردار بود. به طور کلی نتایج نشان داد که شبکه عصبی مصنوعی قادر است که با استفاده از متغیرهای ورودی مناسب میزان فرسایش بین شیاری را با دقت بالایی برآورد کرده و بنابراین در تخمین فرسایش بین شیاری مفید باشد.

    کلیدواژگان: باران ساز، فرسایش خاک، مدل سازی، شبکه عصبی پرسپترون چند لایه، آنالیز حساسیت
  • حلیمه پیری*، مجتبی مبارکی صفحات 103-120

    سابقه و هدف:

     یکی از راهکارهای عملی مدیریت منابع آب، برآورد نیاز آبی گیاه و تعیین مقدار حجم آب مصرفی در مراحل مختلف تولید محصول است. به منظور محاسبه میزان حجم آب مصرف شده توسط محصولات کشاورزی در مراحل رشد، از شاخص آب مجازی و ردپای آب استفاده می شود. ردپای آب در یک محصول به صورت حجمی از آب شیرین که در تولید آن محصول مصرف شده است، تعریف می شود. ردپای آب به عنوان شاخصی برای برای تخصیص منابع آب شیرین تعریف شده است که بینش ارزشمندی درباره آثار محیط زیستی تولید یک محصول ارایه می کند. ردپای آب نشان دهنده آب مصرفی واقعی محصولات در سه جزء آبی، سبز و خاکستری است، که امروزه در راستای مدیریت نوین منابع آب با رویکرد یکپارچه مورد توجه قرار گرفته است. به-منظور ارزیابی مناسب آب مصرفی در بخش کشاورزی، لازم است که شاخص ردپای آب در اقلیم های مختلف مورد بررسی قرارگیرد.

    مواد و روش ها

    برای انجام تحقیق ابتدا داده های هواشناسی از سازمان هواشناسی کشور اخذ گردید. سپس نیاز آبی گیاهان چغندرقند، سیب زمینی، ذرت علوفه ای و گوجه فرنگی در اقلیم های همدان، اهواز، شهرکرد، مشهد و اصفهان با استفاده از نرم افزار CropWat محاسبه شد. مقدار عملکرد محصول و مقدار کود ازته مصرفی ازجهاد کشاورزی هر استان اخذ شد. سپس میانگین حجم آب مصرفی، آب مجازی، ردپای آب و بهره وری مصرف آب این محصولات برای دوره آماری 1396-1390 محاسبه شد. برای محاسبه ردپای آب از روش چاپاگین و همکاران (2006) استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج تحقیق نشان داد در بین محصولات مورد مطالعه گیاه سیب زمینی با 4/2945 مترمکعب بر تن در شهر اهواز با اقلیم گرم و مرطوب بالاترین ردپای آب و چغندرقند با 1/906 مترمکعب بر تن در اقلیم سرد و خشک مشهد کمترین ردپای آب را دارا بود. بیشترین مقدار آب مجازی مصرف شده برای گیاهان مورد مطالعه سیب زمینی (84/0 مترمکعب برکیلوگرم)، گوجه فرنگی (51/0 مترمکعب برکیلوگرم)، چغندرقند (46/0 مترمکعب برکیلوگرم) و ذرت علوفه ای (39/0 مترمکعب برکیلوگرم) به ترتیب مربوط به اقلیم اهواز، شهرکرد، اهواز و اصفهان بود. کمترین مقدار بهره وری مصرف آب (2/1 کیلوگرم بر مترمکعب در هکتار) نیز متعلق به سیب-زمینی در اقلیم اهواز بود. کمترین آب مجازی و بیشترین بهره وری مصرف آب برای گیاهان مورد مطالعه در اقلیم همدان به دست آمد.

    نتیجه گیری

    در پژوهش حاضر مصرف آب برای محصولات کشاورزی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد حجم آب مصرفی در محصولات مورد مطالعه در اقلیم های مختلف متفاوت است. با توجه نتایج به دست آمده می توان گفت اقلیم همدان با توجه به پایین بودن مقادیر آب مجازی (29/0، 3/0، 19/0 و 14/0 مترمکعب بر کیلوگرم) و بالا بودن بهره وری مصرف آب (43/3، 3/3، 19/5 و 46/7 کیلوگرم بر مترمکعب) به ترتیب برای سیب زمینی، گوجه فرنگی، چغندرقند و ذرت علوفه ای، نسبت به سایر اقلیم های مورد مطالعه برای کشت هر چهار محصول مناسب تر می باشد. همچنین با توجه به خشکسالی های اخیر و کمبود آب باید از منابع آب موجود به بهترین نحو استفاده نمود و کشت محصولات با نیاز آبی کمتر و عملکرد بالاتر مورد برنامه ریزی قرار گیرد.

    کلیدواژگان: آب سبز، آب آبی، آب خاکستری، آب سفید، نیاز آبی
  • بهنام کامکار*، محمد دشتی مرویلی، حسین کاظمی صفحات 121-136

    سابقه و هدف:

     زیست تودهزی توده بقایای گیاهی نقش مهمی در تامینتامین انرژی و چرخه جهانی کربن ایفا می کندمی کند و نظارت و پایش برای مدیریت آن یکی از امور مهم در بخش کشاورزی است. استفاده از تکنیک های سنجش ازدورسنجش از دور، ابزاری کارآمد برای برآورد زیستتودهزی توده به شمار می رود که از این طریق باعث کاهش مطالعات میدانی و صرفه جوییصرفه جویی در وقت و هزینه می شود. امروزه می توان با تکیه بر فن آوری سنجش ازدورسنجش از دور و شاخص های پوشش گیاهی روش های مدیریتی را بهبود بخشید. مناسب بودن آب وهوایآب و هوای استان گلستان برای تولید اغلب محصولات کشاورزی باعث شده که این استان از نظر تولید محصولات زراعی و زیست تودهزی توده دارای تنوع بالایی باشد. به همین منظور، در این پژوهش تصاویر ماهواره ای لندست 8 و سنتینل 2 برای برآورد زیست تودهزی توده بقایای محصولات زراعی در حوضه های آبخیز جنوب غرب استان گلستان (قره سو، زرین گل، محمدآباد و قرن آباد)) مورداستفادهمورد استفاده قرار گرفتند.

    مواد و روش ها

    این تحقیق در زمستان 1394 و بهار 1395 در 90 مزرعه گندم، 70 مزرعه جو، 65 مزرعه کلزا، 67 مزرعه برنج و 80 مزرعه سویا زیر کشت این محصولات انجام گرفت. بازدیدهای میدانی و نمونه برداری از مزارع در مراحل مختلف رشد گیاه انجام شد. داده های مربوط به زی توده بقایا زیست توده نیز از مزارع با انداختن 4 کوادرات 25/0 متر مربعی اندازه گیری و رطوبت آن ها به شکل وزنی تعیین شد. تصاویر ماهواره ای مورد نیاز از سایت ناسا در اوایل و اواسط فصل رشد اخذ گردید. پس از دریافت تصاویر چند زمانه از ماهواره های لندست 8 و سنتینل 2، شاخص های گیاهی (DVI، NDVI، RVI، SAVI و RDVI) بر اساس باندهای تصاویر ماهواره ای استخراج شد. با بررسی روابط رگرسیونی بین شاخص های استخراج شده از تصاویر ماهواره ای و زی توده بقایا در مزارع ثبت شده، نقشه ی زی توده بقایای مزارع تولید شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که شاخص گیاهی NDVI بهترین شاخص برای تخمین زیست تودهزی توده بقایای گندم، جو، کلزا برای فروردین ماهفروردین ماه مطابق با اوج رشد رویشی محصول به ترتیب با ضریب تبیین 61/0، 65/0 و 65/0 و برای محصول سویا شهریورماه شهریور ماه مطابق با اوج رشد رویشی با ضریب تبیین 65/0 و شاخص RVI بهترین شاخص برای تخمین زیست توده زی توده بقایای برنج در مردادماهمرداد ماه منطبق با اوج رشد رویشی در منطقه درمنطقه موردمطالعه مورد مطالعه موردمطالعه استمی باشد. میزان کل بقایا در منطقه موردمطالعه برای محصول گندم، جو، کلزا، برنج و سویا به ترتیب معادل 751657، 175637، 14979، 42628 و 93712 تن برآورد گردید. نتایج این مطالعه می تواند در راستای تعیین پتانسیل برای تولید محصولات کشاورزی و میزان بقایای آن ها مورداستفادهمورد استفاده مدیران و تصمیم گیران بخش کشاورزی در استان بکار گرفته شود.

    نتیجه گیری

    نتایج تحقیق حاضر نشان داد که زیست تودهزی توده بقایای محصولات مختلف را می توان با استفاده  از شاخص های گیاهی مستخرج از تصاویر ماهواره ای در منطقه موردتحقیق مورد تحقیق با دقت قابل قبولی تخمین زد. در این تحقیق میزان همپوشانی برای تعیین سطح زیرکشت زیر کشت محصولات گندم و سویا به ترتیب 74/97 و 16/97 درصد می رسد. دقت این روش برای دوره های اوج سبزینگی بیشتر از دوره های ابتدای رشد گیاهان بود. همچنین به جایبه جای استفاده از یک شاخص گیاهی از چندین شاخص گیاهی استفاده شد که شاخص گیاهی NDVI و RVI بهترین شاخص برای تخمین زیست تودهزی توده بقایای محصولات مختلف بودند.

    کلیدواژگان: زیست توده بقایا، سنجش ازدور، شاخص های پوشش گیاهی، سنتینل 2، گلستان
  • راضیه فارسی*، حسن یگانه، محسن حسینعلی زاده، مژگان سادات عظیمی صفحات 137-152

    سابقه و هدف:

     حفظ و نگه داری خاک و جلوگیری از رخداد و تشدید فرسایش از مهم ترین کارکردهای اکوسیستم های طبیعی به حساب می آید این موضوع به ویژه در مناطق پرشیب و کوهستانی از اهمیت ویژه ای برخوردار است کارکرد حفاظت خاک نیز همانند بسیاری از دیگر خدمات اکوسیستم ها، فاقد بازاری برای تعیین ارزش آن ها است. اکوسیستم های طبیعی یکی از منابع مهم اقتصادی برای بسیاری از کشورهای درحال توسعه می باشند که با تولید کالاها و خدمات به توسعه مناطق و جوامع کمک می کنند. نبود بازاری سازمان یافته برای تعیین ارزش خدمات تولید شده این اکوسیستم ها و در نتیجه رایگان پنداشتن آنها، منجر به از دست رفتن بخش عظیمی از این منافع شده است. این مطالعه در سال 1398 با هدف بررسی نقش اکوسیستم طبیعی منطقه کچیک در کنترل فرسایش خاک و تعیین ارزش اقتصادی حفاظت خاک براساس کارکرد حفظ حاصلخیزی خاک انجام شد.

    مواد و روش ها

    به منظور برآورد کمی میزان فرسایش خاک، از مدل RUSLE که ورودی های آن شامل عامل فرسایندگی باران، عامل فرسایش پذیری خاک، عامل طول و درجه شیب، عامل پوشش گیاهی و عامل کار های حفاظتی می باشد در محیط سامانه اطلاعات جغرافیایی انجام شد. برای محاسبه ارزش اقتصادی کارکرد حفظ حاصلخیزی خاک، میزان نگه داشت خاک و محتوای عناصر غذایی خاک شامل ازت، فسفر و پتاسیم منطقه، برآورد شد و ارزش اقتصادی آن با رویکرد هزینهجایگزین محاسبه شد.

    یافته ها

    نتایج حاصل از فرسایش خاک با روش RUSLE نشان داد دامنه فرسایش خاک در منطقه بین 0 تا 2/239 تن در هکتار در سال متغیر بوده و میانگین آن برابر 94/7 تن در سال در هکتار برآورد شد. ارزش عناصر اصلی حفظ شده در خاک کل حوضه برابر 21/9 میلیارد ریال در سال بوده و ارزش هر هکتار اکوسیستم منطقه برابر 55/2 میلیون ریال در سال برآورد شد. همچنین تجزیه و تحلیل داده های بدست آمده از فرسایش در نرم افزاز IDRISI Selva نشان داد، عامل طول و درجه شیب با ضریب همبستگی 93 درصد و ضریب تبیین (R2) 87/0 بیش ترین تاثیر را در برآورد فرسایش سالانه خاک داشته است.

    نتیجه گیری

    نتیجه این پژوهش بیان می کند ارزش بدست آمده در هر هکتار جنگل 39/3، مرتع 84/2 و دیم زار 16/2 میلیون ریال در سال می باشد که نشان دهنده ارزش بیشتر اکوسیستم مراتع نسبت به اراضی دیم زار می باشد. با توجه به اثرات مثبت پوشش گیاهی، لزوم توجه ویژه به پوشش گیاهی مرتعی و جنگلی به منظور کاهش فرسایش خاک احساس می شود و پیشنهاد می شود برنامه های بیولوژیکی و حفاظت خاک به منظور کاهش خسارات فرسایش خاک در قسمت های با حساسیت فرسایش بالا در منطقه صورت گیرد.

    کلیدواژگان: ارزش حفظ حاصلخیزی، حفاظت خاک، حوزه آبخیز کچیک، RUSLE
  • اکبر مرزی، آیدین پارساخو، محسن مصطفی* صفحات 153-168

    سابقه و هدف:

     امروزه فراوانی مسیرهای چوبکشی رها شده در واحدهای جنگل داری شمال کشور به ویژه در دوران تنفس، ضرورت بررسی دقیق و همه جانبه این مسیرها را ایجاب می کند. این مسیرها پس از عملیات حمل و نقل اولیه (به ویژه سال های نخست) بدون پوشش بوده و همین امر موجب فرسایش و خسارت به خاک و عرصه جنگل می گردد. هدف از اجرای این تحقیق شناسایی بهترین تیمار حفاظتی برای مقابله با فرسایش آبی خاک مسیرهای چوبکشی بود.

    مواد و روش ها

    ابتدا مسیر چوبکشی به طول حداقل 500 متر در طرح جنگل داری دکتر بهرام نیا انتخاب و مسیرها از نظر شیب طولی به دو طبقه 40-20 درصد و بزرگتر از 40 درصد تقسیم شدند. در هر طبقه شیب، قطعه ای از مسیر به طول 126 متر مشخص گردیده و تیمارهای شیار و پشته، شیارقلوه سنگ و شیار مازاد مقطوعات هر یک به طول 14 متر در فواصل 5 متر از یکدیگر پیاده شد. در انتهای هر تیمار یک بند لاستیکی جهت هدایت رواناب و رسوب به داخل ظروف نمونه برداری نصب شد. نمونه برداری در طول چهار ماه (پاییز و زمستان 98) پس از هر بار بارندگی در منطقه به اجرا در آمد. اطلاعات شدت - مدت بارندگی با نصب باران سنج در محل مشخص گردید، سپس وزن خشک نمونه های رسوب در آزمایشگاه اندازه گیری شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که در هر دو طبقه شیب 40-20 درصد و بزرگتر از 40 درصد با افزایش مدت و شدت بارندگی مقادیر حجم رواناب، غلظت رسوب و هدر رفت خاک به طور معنی داری افزایش یافت. در طبقه شیب 40-20 درصد تیمار شیار و مازاد مقطوعات بهتر از سایر تیمارها توانست عمل رسوب گیری و کاهش هدر رفت خاک را انجام دهد. در شیب طولی بیش تر از 40 درصد نمی توان به لحاظ آماری تفاوتی بین عملکرد تیمارها در کنترل رسوب و هدر رفت خاک مسیرهای چوب کشی قایل شد، اما به طور کلی در این طبقه تیمارهای شیار و مازاد مقطوعات و شیار و قلوه سنگ بهتر از تیمار شیار و پشته توانستند مانع از هدر رفت خاک مسیرهای چوب کشی شوند. آستانه فرسایش خاک مسیرهای چوب کشی منطقه مورد مطالعه در هر دو طبقه شیب 20-40 و بیش تر از 40 درصد در شدت بارندگی 11/0 میلی متر در ساعت (64/2 میلی متر در 24 ساعت) بود. هم چنین اثر متقابل شیب و نوع تیمار بر متغیرهای حجم رواناب، غلظت رسوب و هدر رفت خاک معنی دار نبود. تیمار شیار و مازاد مقطوعات در شیب 40-20 درصد بهترین تیمار برای کنترل فرسایش خاک مسیر چوبکشی بود و توانست هدر رفت خاک را 64 درصد کاهش دهد. در شیب های غیرمجاز بیش تر از 40 درصد، تیمارهای شیار و پشته، شیارقلوه سنگ و شیار مازاد مقطوعات تنها توانستند فرسایش خاک را 47 درصد کاهش دهند که نشانه عملکرد ضعیف تر این تیمارها در مسیرهای با شیب غیرمجاز است.

    نتیجه گیری کلی: 

    انجام این تحقیق نشان داد که استفاده از تیمار شیار و مازاد مقطوعات می تواند به طور چشمگیری فرسایش خاک را در مسیرهای چوبکشی کاهش دهد و با توجه به نیاز مبرم انجام عملیات حفاظت خاک در مسیرهای چوبکشی، این دستاورد قابلیت تعمیم به سایر مناطق جنگلی هیرکانی جهت حفاظت از خاک مسیرهای چوبکشی احداث شده را دارد.

    کلیدواژگان: شیار و پشته، شیار و قلوه سنگ، شیار و مازاد مقطوعات، هدر رفت خاک، شیب طولی مسیر
  • امیر محجوب*، فواد کیلانه ئی، سعید صفایی صفحات 169-184

    سابقه و هدف:

     با بالا آمدن تراز آب در کانال اصلی و عبور آن از مرز سیلاب دشت، به دلیل متفاوت بودن ضریب زبری و اختلاف سرعت بین کانال اصلی و سیلاب دشت، جریان در کانال اصلی با شتاب بیشتری نسبت به سیلاب دشت ها حرکت کرده و یک تبادل مومنتوم قوی بین جریان ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت به وجود می آید. این تبادل باعث تولید گردابه هایی در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت می گردد. تبادل مومنتوم باعث می شود از انرژی جریان پرسرعت مجرای اصلی کاسته و به انرژی جریان کم سرعت سیلاب دشت افزوده شود. تبادل مومنتوم همچنین باعث کاهش دبی کانال اصلی، افزایش دبی سیلاب دشت و کاهش ظرفیت انتقال رودخانه می گردد. در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت به علت وجود لایه برشی، پتانسیل ناپایداری و آبشستگی بالا است. شناخت پارامتر-های تنش برشی بستر و مومنتوم در کانال مرکب و خصوصا در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت کمک می کند که محاسبات دقیق-تری در ارتباط با حفاظت بستر رودخانه و تعیین روش های محافظتی صورت پذیرد. در این پژوهش به کمی سازی پارامتر های تنش برشی بستر و مومنتوم جریان در شرایطی که کانال مرکب، طول تکیه گاه پل در سیلاب دشت و نوع دیوار هدایت به صورت هم زمان بر الگوی جریان تاثیر گذار هستند، پرداخته شده است.

    مواد و روش ها

    در تحقیق حاضر با استفاده از تحلیل عددی سه بعدی به بررسی تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب-دشت و کانال اصلی در یک کانال مرکب ذوزنقه ای متقارن با استفاده از نرم افزار FLOW-3D پرداخته شده است. پس از تایید صحت عملکرد مدل مذکور با استفاده از نتایج آزمایشگاهی موجود، تنش برشی بستر و اختلاف مومنتوم بین سیلاب دشت و کانال اصلی برای طول های مختلف تکیه گاه پل و در حالت های با و بدون دیوار هدایت بیضوی شکل مورد بررسی قرار گرفته است.

    یافته ها

    تنش برشی بستر در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت، در کانال اصلی افزایش و در سیلاب دشت کاهش یافته است. تنش برشی در کانال اصلی تا 5/25 درصد افزایش و در سیلاب دشت تا 6/36 درصد کاهش یافته است. همچنین اختلاف مومنتوم در حالت با دیوار هدایت بیضوی شکل نسبت به حالت بدون دیوار هدایت تا مقدار 5/78 درصد افزایش یافته است.

    نتیجه گیری

    از نتایج قابل توجه این است که در حالت تکیه گاه با دیوار هدایت بیضوی، تنش برشی بستر در سیلاب دشت کاهش می-یابد که باعث بهبود شرایط در محل تکیه گاه پل می گردد ولی افزایش تنش برشی در کانال اصلی باعث می شود که شرایط پایه هایی که در کانال اصلی قرار می گیرند بحرانی تر گردد. همچنین در حالت تکیه گاه با دیوار هدایت بیضوی شکل اختلاف مومنتوم بین سیلاب دشت و کانال اصلی نسبت به حالت تکیه گاه بدون دیوار هدایت افزایش می یابد که این امر باعث افزایش تنش برشی و ایجاد گردابه ها در فصل مشترک کانال اصلی و سیلاب دشت می گردد.

    کلیدواژگان: تبادل مومنتوم، تکیه گاه پل، تنش برشی بستر، کانال مرکب، مدل فلو تری دی
  • فرنوش گوازی، شیما امانی، عیسی معروف پور* صفحات 185-199

    سابقه و هدف:

     عملکرد سامانه آبیاری قطره ای نواری به انتخاب نوار آبیاری و هیدرولیک آن بستگی دارد. عوامل متعددی دبی قطره چکان نوار آبیاری قطره ای را تحت تاثیر قرار می دهد که از مهمترین آنها می توان به تغییرات فشار و دمای آب آبیاری اشاره نمود. تغییرات توپوگرافی مزرعه، طراحی نامناسب سامانه آبیاری و همچنین استفاده از نوارهای با طول بلند، موجب اختلاف فشار بین قطره چکان های نوارهای آبیاری می گردد. همچنین دمای آب لوله های فرعی که در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرارمی گیرند، به طور چشم گیری افزایش می یابد. در برخی تحقیقات اثر افزایشی و یا کاهشی دمای آب آبیاری بر دبی برخی نوارهای آبیاری قطره ای درزدار مورد مطالعه قرار گرفته است اما در این تحقیق اثر دما در فشارهای کارکرد مختلف بر دبی هر دو نوع نوار آبیاری قطره ای درزدار و پلاک دار مورد مطالعه قرار می گیرد و سعی بر آن است که نتایج به صورت معادلات کاربردی ارایه شود و با هم مقایسه گردد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق،10 نوع نوار آبیاری قطره ای از دو نوع پلاک دار و درزدار با کدهای ID, I, T1, T2, T3, T4, B, S, P وYD انتخاب شد. در هر کدام از نوارها، 25 نمونه آزمون به طور تصادفی انتخاب شد. هر نمونه آزمون حداقل شامل 3 واحد قطره چکان دار بود و طول آنها در محدوده ی 100 الی 120 سانتی متر بود. به منظور بررسی تاثیر هم زمان فشار و دمای آب آبیاری بر دبی نوارهای آبیاری، یک مدل فیزیکی در آزمایشگاه تحقیقاتی علوم و مهندسی آب دانشگاه کردستان در سال 1397 طراحی و ساخته شد. چهار دمای مختلف آب آبیاری شامل 13، 23، 33 و 43 درجه سانتی گراد در فشارهای کارکرد 1 متر تا 2/1 برابر فشار حداکثر، بر نوارهای آبیاری اعمال شد. تمامی آزمایش ها بر اساس استاندارد 9261 ISO و 6775 IRISI انجام شد. معادله عمومی دبی- فشار و معادله دبی نرمال - دما، تمامی نوارها استخراج گردید. به منظور بررسی اثر دما بر میزان دبی نوارهای آبیاری، آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی با 4 تیمار و 25 تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایش شامل 4 دمای مختلف (13، 23، 33 و 43 درجه سانتیگراد) بودند. تجزیه و تحلیل داده ها به وسیله ی نرم افزار آماری SAS انجام گرفت و مقایسه میانگین تیمارها با استفاده از آزمون LSD صورت گرفت.

    یافته ها

    در دمای استاندارد 23 درجه سانتی گراد، نمای معادله دبی - فشار 6 نوار کمتر از 5/0، 2 نوار بین 5/0 تا 6/0 و 2 نوار بین 6/0 تا 8/0 بود. بنابراین تمامی نوارها از نوع غیر تنظیم کننده ی فشار و میزان انعطاف پذیری آنها از لحاظ تغیرات فشار مطلوب و قابل قبول بود. در سایر دماهای مورد مطالعه نمای معادله دبی - فشار تغییر کرد که در تمامی موارد کمتر از 8/0 بود. اثر دما بر دبی تمامی نوارهای آبیاری معنی دار (05/0< P) و غالبا با افزایش دما میزان دبی نوارها افزایش می یافت. نمای معادله خطی دبی نرمال - دما نوارها در بازه 02/0 تا 66/0 و عرض از مبدا آنها بین 53 تا 121 بود. میزان حساسیت نوارهای آبیاری قطره ای پلاک دار نسبت به تغییرات دما کمتر از نوارهای آبیاری قطره ای درزدار بود و از تغییرات دبی کمتری برخوردار بودند.

    نتیجه گیری

    تمامی نوارهای آبیاری قطره ای مورد مطالعه از لحاظ حساسیت به تغییرات فشار در درجه کیفی مطلوبی قرار دارند. همچنین با توجه به اینکه افزایش دمای آب آبیاری سبب افزایش دبی نوارها می گردد بنابراین پیشنهاد می شود در مناطقی که تغییرات دمای آب آبیاری در محدوده 13 تا 43 درجه سانتی گراد است از نوارهای آبیاری قطره ای پلاک دار و معادلات دبی نرمال شده پیشنهادی تحقیق حاضر استفاده شود.

    کلیدواژگان: توپوگرافی، تیپ، معادله دبی- دما، معادله دبی- فشار، یکنواختی پخش
  • جواد خنیفر، عطاالله خادم الرسول*، هادی عامری خواه صفحات 201-214

    سابقه و هدف:

     پایداری خاکدانه ها از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک است که برآورد آن با استفاده از ویژگی های زودیافت از اهمیت شایانی برخوردار است. همچنین پایداری خاکدانه ها به عنوان شاخصی از فرسایش پذیری خاک ها محسوب می شود که آگاهی از آن می تواند ابزاری کارآمد جهت مدیریت خاک در برابر عوامل تخریب خاک باشد. باتوجه به اهمیت شناسایی ویژگی های فیزیکی خاک و ارزیابی تاثیرات کاربری اراضی بر روی وضعیت پوشش گیاهی و نیز مدل سازی آن در نتیجه این پژوهش پایه ریزی و عملیاتی شد.

    مواد و روش ها

    این پژوهش در دو کاربری مرتعی و جنگلی واقع در حوضه آبریز دهدز در شمال شرق استان خوزستان انجام شد. برای استخراج شاخص های پوشش گیاهی، ابتدا تصاویر لندست 8 دریافت و سپس تصحیحات رادیومتریک به کمک نرم افزار ENVI 5.1 بر روی تصویر اعمال شد. شاخص های پوشش گیاهی مورد بررسی شامل شاخص نسبت پوشش گیاهی (RVI)، شماره شاخص پوشش گیاهی (VIN)، شاخص پوشش گیاهی تغییریافته (TVI)، شاخص زردی پوشش گیاهی (YVI)، خط پس زمینه خاک (SBL)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی (DVI)، شاخص نرمال شده تفاضلی سبزی (NDGI)، شاخص سرخی (RI)، شاخص پوشش گیاهی تفاضلی نرمال شده (NDVI)، شاخص پوشش گیاهی عمودی (PVI)، شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده با خاک (SAVI) و شاخص مقاومت اتمسفری پوشش گیاهی (ARVI) می باشند. خصوصیات 50 نمونه خاک شامل درصد کربن آلی، درصد شن، سیلت، رس و میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD) طبق روش های استاندارد آزمایشگاهی تعیین شد. برای بررسی ارتباط شاخص های پوشش گیاهی با شاخص MWD از آنالیزهای همبستگی پیرسون و اسپلاین رگرسیون تطبیقی چندمتغیره (MARS) استفاده گردید.

    یافته ها

    نتایج نشان می دهد که در کاربری مرتع، بین شاخص های VIN، TVI، MSAVI، RVI، SAVI، TSAVI، NDVI و PVI با شاخص MWD همبستگی معنی داری در سطح یک درصد وجود دارد. حال آنکه در کاربری جنگل بین شاخص های مورد بررسی هیچ گونه ارتباط معنی داری برقرار نبود. همچنین مدل سازی MARS نشان داد که مدل برازش یافته بر اساس شاخص های پوشش گیاهی در کاربری مرتع (Adjusted R-Sq. = 0.55, RMSE = 0.16) دارای قدرت و دقت پیش بینی بسیار بالاتری نسبت به مدل برازش یافته برای کاربری جنگلی (Adjusted R-Sq. = 0.35, RMSE = 0.36) است.

    نتیجه گیری

    در مجموع یافته های این پژوهش نشان می دهد که عوامل کنترل کننده پایداری خاکدانه ها در کاربری مرتع و جنگل متفاوت می باشد. همین امر سبب تفاوت همبستگی بین شاخص های پوشش گیاهی و MWD و به تبع آن نتایج مدل سازی شده است. سنجش ازدور، می تواند زمینه ای را جهت بهره گیری از فناوری های نوین به منظور مدیریت پایدار منابع خاک و آب فراهم سازد. بدین ترتیب استفاده از فناوری های نوین می تواند بسترساز عملیاتی شدن سناریوهای مدیریتی پایدار محور باشد که ماحصل آن صیانت از منابع طبیعی است.

    کلیدواژگان: سنجش از دور، شاخص های پوشش گیاهی (VIs)، کاربری اراضی، میانگین وزنی قطر خاکدانه ها (MWD)
  • فاطمه طبیب محمودی* صفحات 215-228

    سابقه و هدف:

     با توجه به اینکه بروز تنش آبی در گیاهان و محصولات کشاورزی تحت تاثیر وقوع خشک سالی، افزایش دمای جهانی، افزایش جمعیت و رشد جزایر گرمایی شهری است، عدم تردد و فعالیت جامعه بشری در طبیعت در اثر اعمال قرنطینه مرتبط با پاندمی ویروس کووید-19 می تواند به عنوان عاملی برای کاهش تنش آبی گیاهان در نظر گرفته شود. از آنجاییکه تنش آبی گیاهان و محصولات کشاورزی به طورمعمول با پاسخ های فیزیولوژیک گیاه در اثر کمبود آب ناشی از کمبود رطوبت خاک یا تقاضای زیاد تبخیر در جو توصیف می شود، تحلیل و پردازش تصاویر سنجش از دور می تواند برای تشخیص تغییرات گیاهان مورداستفاده قرار گیرد. لذا استفاده از داده های سنجش ازدور به عنوان یک ابزار سریع و اقتصادی در پایش تغییرات اقلیمی رخ داده در مدت پاندمی ویروس کووید-19 موردتوجه قرارگرفته است.

    مواد و روش ها

    به دنبال اعمال قرنطینه در ایران و در پی پاندمی ویروس کووید-19، در این تحقیق وضعیت تنش آبی گیاهان در بهار سال 1399 نسبت به سه سال قبل از آن ارزیابی شده است. بدین منظور از باندهای طیفی مریی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز موج کوتاه تصاویر چندطیفی ماهواره سنتینل-2 برداشت شده از منطقه ای در شرق استان مازندران و در سال های 1396 تا 1399 استفاده گردید. ابتدا، با ترکیب شاخص های اختلافات نرمال پوشش گیاهی در محدوده های مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز موج کوتاه، نقشه پوشش گیاهی منطقه تولید شد. سپس، سه شاخص تنش آبی گیاهی SRWI، NDWI و SIWSI در مناطق گیاهی موجود در نقشه پوشش گیاهی محاسبه شده و درصد پیکسل های پوشش گیاهی که تحت تنش آبی هستند، براساس این شاخص ها و در هر یک از سال های 1396 تا 1399 تعیین گردید.

    یافته ها

    نتایج حاصل از پایش وضعیت تنش آبی گیاهان در منطقه موردمطالعه در این تحقیق گویای این واقعیت است که علی-رغم کاهش 35 درصدی میزان بارندگی سالیانه در سال آبی 99-1398 نسبت به مدت مشابه آن در سال آبی گذشته، درصد پیکسل-های تحت تنش آبی براساس هریک از سه شاخص محاسبه شده در حدود 2 درصد کاهش داشته است و به طورکلی مساحت منطقه تحت تنش آبی نسبت به مساحت کل نواحی پوشش گیاهی این منطقه نیز یک درصد کاهش را نشان می دهد.

    نتیجه گیری

    نتایج تحلیل نشان دهنده این واقعیت بود که از سال 1396 تا سال 1398 میزان بارندگی سالیانه یک عامل اثرگذار در افزایش یا کاهش درصد پیکسل های تحت تنش آبی به ویژه در شاخص محتوای آب برگ گیاه (NDWI) بوده است. نکته حایز اهمیت در تحلیل نتایج سال 1399 این است که علی رغم کاهش 35- درصدی میزان بارندگی سالیانه، نتایج هر سه شاخص طیفی، کاهش تنش آبی را در منطقه نشان می دهند که می توان آن را به عنوان یکی از تاثیرات اعمال قرنطینه و محدودیت ورود وسایل نقلیه و مسافران به استان مازندران درنظر گرفت.

    کلیدواژگان: شاخص طیفی، تنش آبی گیاهان، ویروس کووید-19، تصاویر ماهواره ای سنتینل-2، مادون قرمز موج کوتاه
  • نگار نوروزی، موسی حسام*، خلیل قربانی، ابوطالب هزار جریبی صفحات 229-241
    سابقه و هدف

    مشکل کمبود آب از مهمترین مشکلات کشاورزی در ایران است، لذا استفاده صحیح و به موقع از منابع آبی ضروری می باشد. یکی از استراتژی ها در زمینه استفاده بهینه از آب در بخش کشاورزی برنامه ریزی آبیاری محصولات کشاورزی می باشد. برنامه ریزی آبیاری به معنای مشخص کردن زمان آبیاری و مقدار آب لازم در هر نوبت آبیاری در طول دوره رشد گیاه است. در این تحقیق به منظور تعیین زمان آبیاری از شاخص تغییر رنگ برگ فلفل در اثر کاهش رطوبت خاک استفاده شده است. تا کنون برای مشخص کردن برخی از پارامترهای زراعی از روش سنجش تغییرات رنگ میوه و برگ گیاهان با استفاده از پردازش تصویر دیجیتال پژوهش هایی انجام گرفته است ولیکن برای ارتباط بین رنگ برگ و رطوبت خاک که موضوع این پایان نامه هست هیچ سابقه ای در دسترس قرار نگرفت لذا می توان تصور نمود این تحقیق اولین پژوهش در زمینه موضوع فوق میباشد.

    مواد و روش ها

    به منظور بررسی اثر تنش آبی بر رنگ برگ گیاه فلفل قلمی، از گلدان های پلاستیکی و نشاهای فلفل قلمی دیماز استفاده گردید. پارامترهای اندازه گیری شده شامل رنگ برگ گیاه و رطوبت خاک بودند. روزانه از برگ ها عکس برداری بعمل آمد و در نهایت آنالیز رنگ برگ ها توسط برنامه فتوشاپ 2015 انجام و از سیستم رنگی BAL استفاده شد.آزمایش در قالب طرح کاملا تصادفی، با پنج تیمار شامل تنش رطوبتی10، 30 و 50 درصد، آبیاری کامل و تیمار بدون آبیاری در چهار تکرار به منظور برنامه ریزی آبیاری انجام شد. (تیمار بدون آبیاری به عنوان تیمار شاهد در نظر گرفته شد.) تنش آبی طی دوره رشد گیاه از زمان استقرار نشاءها (سه هفته پس از نشاءکاری) تا زمان برداشت محصول به مدت 52 روز به تیمارها اعمال شد.

    یافته ها

    یافته ها نشان داد که به طور کلی با تغییر رطوبت خاک، تغییراتی در بازتاب طبیعی رنگ برگ گیاه ایجاد می شود و هر چه رطوبت خاک کمتر شود، رنگ برگ تیره تر می گردد و این تغییرات بر المانهای سیستم رنگی lab تاثیر می گذارد.

    نتیجه گیری

    سیستم رنگی LAB با ضریب همبستگی بالاتر از 94 درصد می تواند به عنوان یک سیستم کارآمد در بررسی تغییرات رنگی برگ و تعیین زمان آبیاری به کاربرده شود، . از مزایای این روش، می توان به حجم عملیات محاسباتی مناسب و دقت بالای نتایج آن اشاره نمود. بالا بردن دقت در این روش و بررسی امکان کاربردی کردن آن نیاز به تحقیقات بیشتر دارد و سادگی و در عین حال هزینه پایین این روش می تواند عامل توجیه کننده خوبی در ادامه بررسی ها و استفاده از آن محسوب شود. . به طور قطع، با توسعه تحقیقات در سیستم پیشنهادی اعم ازبه کارگیری تجهیزات آزمایشگاهی و نیز روش های عددی دقیق تر می توان به نتایج قابل قبولی در زمینه تخمین زمان دقیق آبیاری دست یافت. از طرفی از سه مدل درختی QUEST, C5 و CHAID که الگوریتم های درخت تصمیم هستند، جهت پیش بینی کلاسهای رطوبتی خاک استفاده شد. نتایج حاصله نشان داد که مدل درختی C5 دقت بالاتری نسبت به مدلهای دیگر دارد و دقت پیش بینی کلاسهای رطوبتی خاک توسط این مدل برای سیستم BAL، 86 درصد است

    کلیدواژگان: زمان آبیاری، رنگ سنجی Lab، نرم افزار فتوشاپ، پردازش رنگ تصاویر دیجیتالی
|
  • Ahmad Akhavan *, Ahmad Golchin Pages 1-26
    Background and objectives

    Zn-Pb mine tailings of Zanjan (province of Iran) contain high concentrations of toxic metals, especially arsenic that can potentially release into the surrounding soils and water pathways. These tailings create leachate due to their connection with water, which is very dangerous to the environment and to the masses of animals and human beings. Unfortunately the geochemical and mineralogical processes that control arsenic release from tailings are not fully studded. Therefore this research aimed to assess the leaching characteristics of arsenic under different environmental conditions to recognize the parameters and factors controlling its concentration in the leachate.

    Materials and methods

    Leaching of arsenic from Zn-Pb mine tailing was investigated in various environmental scenarios. In order to determine the amount of leached arsenic in different conditions, four leaching protocols, including toxicity leaching procedure test (TCLP), synthetic precipitation leaching procedure test (SPLP), field leach test (FLT) and leachate extraction procedure (LEP) were used. Also, to study the effect of various factors such as pH, contact time, particle size and solid to liquid ratio on leaching of arsenic from Zn-Pb mine tailings batch leaching experiments were carried out. Risk assessment code (RAC) based on fractionation method was also applied to evaluate the environmental risk of arsenic mobility.

    Results

    The results indicated that in both samples of tailings ,the highest amount of arsenic was measured in the residual fraction that is relatively stable under natural environmental situations. According to RAC index, the tailings in term of arsenic placed in the low-risk tailings group. In TCLP, LEP, FLT and LEP test the concentrations of leached arsenic were low and the highest leaching concentration of arsenic occurred in the LEP test and sample S1. According to SPLP analysis, Zn-Pb tailings will have a high potential for contamination of surface and underground water. The mobility of arsenic in the tailings was entirely influenced by pH, contact time, particle size and solid to liquid ratio. The leaching of arsenic enhanced in acidic and alkaline condition and the amount of arsenic leached in acidic condition was much higher than that leached in alkaline condition. In fact, pH-dependent leaching behavior of arsenic from Zn-Pb mine tailing was amphoteric. Actually pH-dependent leaching behavior of arsenic from Zn-Pb mine tailings was amphoteric. In sample S1, the highest amount of arsenic was released from particles with the size of 500-600 µm, while in the sample S2 particles with the size of 150-250µm released the highest amount of arsenic.

    Conclusion

    By considering the results of leaching protocols, and arsenic fractionation and also with regards to factors affecting the concentration of arsenic in leaching water, reducing the pore water and contact time, and controlling the pH and preventing the spreading of tailings in the environment are the most important factors in preventing and managing the spread of pollution in the environment.

    Keywords: Tailing, Pollution, Release, Arsenic
  • Seyyed Sadaty *, Naser Nazari, Rostam Gharedaghi, Ali Faramarzi Pages 27-46
    Background and objective

    The trend of increasing urban-rural population and the effect of household competition in meeting the basic needs of life, has caused the consumption of various resources, including Miandorood Mazandaran, to accelerate growth. In such a competitive space, agricultural land resources have changed so that the scope of these human needs for resources has led to land use change and, consequently, increased erosion and decrease renewable resources in the target study area. In this regard, the records of global research related to land use change, have indicated approximately the same results of quantitative and qualitative reduction of arable soils and increased erosion of soil resources. So, the purpose of this strategic research is a sign of the trend of land use change commonly on the shortcomings of process effectveness and cause the stability of cultivated soils, the development of mutual employment and increase the productivity of agricultural systems in the Miandorod region.

    Materials and Methods

    Miandorood region, due to the structure of natural civilization and special agricultural area, this research study was conducted in this strategic area. The total area of this area is 483 square kilometers, of which the usable lands area is 30,335 hectares. This research, which is a descriptive-analytical study with a field (survey) approach, and its statistical society is the internal and external system components of the region (strengths-weaknesses and opportunities-threats), and information on important soil components. Hence, the model of choice for this strategic goal is (WOTS-UP Analysis) and its subsets. For analysis and conclusion, respectively; Excel program, quantitative strategic planning matrix table and Wensim intelligent program were used for decision making. And to rank the internal and external components, experience and strategic thinking and consulting with experts in the region (in a survey), was used.

    Results

    Due to the trend of land use change and the increase of smallholders in the region, the percentage of process effectiveness 33.97%, has shown very low. As a result, with low process effectiveness, the amount of affected components such as; Reduction in soil organic carbon content from 2.7 to 0.56, usable phosphorus content of regional soils from 56.3 to 6.4 mg / kg, absorbable potassium content from 301 to 117 mg / kg, the amount of absorbable sulfur from 29.1 to 20.5 mg / kg, increasing the pH of plain soils from 6.6 to 7.9, and increasing Gradual electrical conductivity EC, from 0.9 to 3.0, (dS / m) and finally to increase the negative physical density at a depth of 25-30 cm in the arable soils of the region over the past decade Has been.

    Conclusion

    The results of this study, which were accompanied by the identification of development components (strengths and opportunities), and deterrence components (weaknesses and threat points), showed that land use change in the study area on the physical and chemical properties of soils Agriculture in the Miandorood region has a negative effect. Conversely, by implementing a strategic management system (Scenario 3 selection), it is possible to be effective in arable soils sustainability, development of bilateral employment, decrease of unemployment rate, and effectiveness in arable land productivity.

    Keywords: Land use, main Components of soil, Strategic system, Soil stability, Precess effectiveness
  • Ali Foroudi *, Kiyoumars Roushangar, Alireza Aghaeie Far Pages 47-66
    Background and Objectives

    The purpose of the design of energy dissipaters is to dissipate part of the kinetic energy of the inflowing flow in order to return safely the flow to the downstream channel or river and prevent scour below spillways, chutes and sluices. However, surveys show that despite the numerous researches, there is a lack of research on the comprehensive study of hydraulic performance of stepped spillway with curve axis under downstream transition channel slope variation. Therefore, in this study, several physical models of curve axis stepped spillway with converging training walls were made and the impact of downstream transition channel slope variation on the hydraulic characteristics of this type spillway was assessed.

    Materials and Methods

    This study was conducted with the aim of investigating the hydraulic performance of stepped spillway with curve axis under downstream transition channel slope variation. The experiments were carried out in a rectangular flume with length of 15 m, height of 1 m and width of 2 m. The experiments were performed at different discharge rates from 0.015 to 2.1 times the design discharge and the physical model was tested under four different transition channel slopes of m=0, m=1:33, m=1:30, and m=1:27.

    Results

    The results of the experiments indicate that in the converging steeped spillway with downstream transition channel slope variation, by decreasing slope of transition channel, the discharge flood in the maximum head allowed will go up. Also, it is find that in the range of H/Hd = 0.7, the discharge coefficient in the stepped physical model for all transition slopes was less than the smooth USBR model and in the range of 0.7 < H/Hd < 1. 3 there was a good consistency with the USBR model. However, with increasing the total water head, due to the spillway submergence the discharge coefficient for all transition slopes showed a descending trend and the spillway efficiency decreased in compared with the standard USBR ogee spillway. Moreover, the results showed that the models with slope of 0 and 1:33 are two models which can pass the probable maximum flood discharge in the maximum allowable height successfully But, the model dimension of physical model with downstream transition Channel slope of m=1:33 is smaller than that of m=0.Therefore, model with slope of m=1:33 can be selected as the most efficient model.

    Conclusion

    General qualitative and quantitative results of the present study are summarized as the fallowing: 1- In the converging stepped spillway by increasing total upstream head, the discharge coefficient will go up for each of the transition Channel slope (m) and until the downstream flow is at either supercritical or critical stages, the discharge coefficient is independent of variation of transition Channel slope. By contrast, at the submergence stage for the spillway, the difference in the discharge coefficient can be due to tailwater submergence occurring in the spillway. 2- Energy dissipation over converging stepped spillway decreases with increasing the discharge ratio, but model with smaller amount of transition slope (m) lead to decline more energy dissipation in higher discharge. 3- The model with slope of m=1:33 can be selected as the best model due to it’s ability to pass the probable maximum flood in the Maximum allowable head.

    Keywords: Curve axis, energy dissipation, Hydraulic performance, stepped spillway, Transition channel
  • Sara Azargashb, Mehdy Hashemy *, Abbas Roozbahani Pages 67-84
    Background and objectives

    a significant portion of water is wasted during the conveyance and distribution process due to seepage and operational losses. To deal with the limitation of water resources, it is necessary to provide methods for reducing losses from canals. Therefore, the current study aimed to represent a method for estimating the minimum seepage and operational losses in earthen canals in order to improve water efficiency in agricultural water distribution systems using ant colony optimization algorithm.

    Material and methods

    In this research, the innovation and aim are to optimize seepage and operational losses in water distribution system using the ant colony optimization and the results of the algorithm are used to manage water resources, especially in agricultural water distribution systems. To achieve this goal, initially, basic information was collected from the Moghan plain canal and for the purpose of hydraulic flow simulation in the canal a simplified mathematical integrator-delay model was used. Then, in order to minimize seepage losses, a formula extracted from research history was applied. In addition, the seepage formula was calibrated and validated based on the measured seepage amount at each segment over the 23 km of the canal. Also, to optimize the purpose of this study, two single objectives, which they were minimizing seepage and water shortage delivered to each offtake in the main canal distribution process, respectively, were defined and adjusted in ant colony optimization algorithm model. Then, by linking the hydraulic simulator model, the estimation seepage formula and the Ant colony optimization model, it was possible to optimize the mentioned objective functions.

    Results

    According to the results, optimizing the first objective function, in order to minimize seepage losses caused the reduction of total seepage amount during the 23 Km of selected research area, from 0.199 Cubic meter per second (seepage in the present condition of the studied canal) to 0.187 Cubic meter per second. Therefore, the reduction in seepage losses for the first objective function was 6 percent. However, the application of the first objective function has led to an increase in the amount of operational losses from 39.91%, which is the amount of current operational losses in the canal, to 45.55%. In other words, the operational losses from the first objective function compared to the current operational losses, increased by 5.64%. Accordingly, the total reduction of losses in the first objective function compared to the current losses in the canal was 0.39 percent. By applying the second objective function, the results show a reduction in operational losses from 39.91% to 27.91%, which indicates a 12% reduction in operational losses compared to the current situation of this type of losses. Also, seepage losses have increased from 0.199 cubic meter per second to 0.2168 cubic meter per second, which indicates an 8.9% increase in seepage losses compared to the current situation. Overall, the total losses reduction in the second objective function compared to the current situation is equal to 3.1 percent.

    Conclusion

    single objective functions of seepage and operational losses reduction results showed that optimization with the purpose of reducing seepage losses did not lead to a significant reduction in total losses in irrigation canals. On the other hand, in order to reduce operational losses, Ant colony optimization algorithm model by choosing optimum water depths could reduce the amount of operational losses to a considerable amount. According to the results, it can be generally acknowledged that modernization, renovation and rehabilitation projects of irrigation networks with the target of reducing losses and improving water use efficiency, if more focused on improving the operating process, more reduction of losses would result in agricultural water distribution system.

    Keywords: operational, main earthen canal, Optimization, distribution losses, seepage losses
  • Arezoo Sharifi *, Hossein Shirani, AliAsghar Besalatpour, Isa Esfandiarpour Borujeni Pages 85-102
    Background and Objective

    Interrill erosion is one of the most important types of erosion, in which various factors such as soil, runoff, and rainfall influence its process and rate. Few studies have been conducted using artificial neural networks (ANNs) to determine the factors affecting interrill erosion in Iran. Furthermore, no research has been carried out in Jiroft on this matter. Therefore, this study was conducted to evaluate the factors influencing interrill erosion using ANNs in four different regions around Jiroft in Kerman province.

    Materials and Methods

    For this research, 100 soil samples were collected from two pastures and two forest land uses at depths of 0-10 cm using a random sampling method. Some physical and chemical properties were determined. The amount of interrill erosion was measured using Kamphorst rainfall simulator. Modelling was performed using feedforward multi-layer perceptrons (MLP) with the error backpropagation and Levenberg-Marquardt training algorithm along with 11 soil characteristics in two scenarios. Hill sensitivity analysis was used to investigate the significance of the input variables.

    Results

    The results revealed that in the study areas, clay, silt, sand (0.05-2 mm), geometric standard deviation (σg), and geometric mean diameter (dg) of particles play a crucial role in interrill erosion while cementing agents such as organic matter (OM) and calcium carbonate equivalent (CCE) were less important. According to the results, the protected forest with high contents of sand as well as low amounts of silt, organic matter and calcium carbonate equivalent showed the lowest erosion rate (2.63 tons /ha). The R2 values for the test datasets in the scenario 1 (with input variables including soil acidity (pH), electrical conductivity (EC), bulk density (BD), organic matter, calcium carbonate equivalent, particulate organic matter (POM), sand, silt, and clay) were 0.81. Whereas the R2 values in the scenario 2 (with input variables such as pH, EC, BD, OM, CCE, POM, the dg and σg) were 0.72. In addition, root-mean-square error (RMSE) for the testing dataset in scenarios 1 and 2 were 0.77 and 1.14, respectively.

    Conclusion

    Both scenarios had almost the same accuracy in interrill erosion modeling. However, according to the values of R2 and RMSE of the data in scenario 1, this scenario showed better accuracy than scenario 2. In general, the results showed that the ANNs can estimate the amount of interrill erosion using appropriate input variables with high accuracy, and therefore it might be considered as a useful technique to estimate interrill erosion.

    Keywords: Rainfall simulator, Soil erosion, Modelling, Multi-layer perceptrons neural network, Sensitivity analysis
  • Halimeh Piri *, Mojtaba Mobaraki Pages 103-120
    Background and Objectives

    One of the practical strategies for managing water resources is to estimate the plant's water needs and determine the amount of water used in the various stages of crop production. In order to calculate the amount of water consumed by agricultural products in the growth stages, the virtual water index and water footprint are used. Water footprint in a product is defined as the volume of fresh water used in it's production. Water footprint is defined as an indicator for the allocation of fresh water resources that provides valuable insights into the environmental impact of producing a product. Water footprint index shows actual consumption of water in three components: blue, green and gray, which is now considered in the direction of modern management of water resources with an integrated approach. In order to properly assess water consumption in the agricultural sector, it is necessary to study the water footprint index in different climates.

    Materials and Methods

    To conduct the research, meteorological data were first obtained from the Meteorological Organization.Then the water needs of sugar beet, potato, forage corn and tomato plants in Hamedan, Ahvaz, Shahrekord, Mashhad and Isfahan climates were calculated from the CropWat software. The yield of the crop and the amount of nitrogen fertilizer used were obtained from the agricultural jihad of each province. crop yield and the parameters required in the calculations were calculated and aggregated through agricultural statistics Then, the average volume of water consumption, virtual water, water footprint and water use efficiency of these products were calculated for the statistical period of 2011-2017. Chapagin et al. (2006) Method was used to calculate water footprint.

    Results

    In the present study, water consumption for agricultural products was investigated. The results showed that among the studied products, the potato plant with 2945.4 m3/ton in Ahvaz city with hot and humid climate has the highest water footprint and sugar beet with 906.1 m3/ton in climate cold and dry of Mashhad has the least water footprint. The highest amount of virtual water used for the studied plants is potato (0.84 m3/kg), tomato (0.51 m3/kg), sugar beet (0.46 m3/kg) and forage corn (0.39 m3/kg) was respectively to the climate of Ahwaz, Shahrekord, Ahwaz and Isfahan. The lowest amount of water consumption efficiency (1.2 kg/m3) also belonged to the potato in Ahvaz climate. The lowest virtual water and the highest water consumption efficiency for the studied plants were obtained in Hamedan climate.

    Conclusion

    In the present study, water consumption for agricultural products was investigated. The results showed that the volume of water consumed in the studied products varies in different climates. According to the obtained results, it can be said that the climate of Hamedan due to the low amount of virtual water (0.29, 0.3, 0.19 and 0.14 m3/ kg) and high water consumption efficiency ( 3.43, 3.3, 5.19 and 7.46 kg/m3) for potatoes, tomatoes, sugar beets and fodder corn, respectively, compared to other climates studied for cultivation of all four the product is more suitable. Hence, according to recent droughs and water shortage, available water resources should be used accurately and decision must be made for cultivating the products with less water requirement and better performance.

    Keywords: green water, blue water, gray water, white water, water Requierment
  • Behnam Kamkar *, Mohammad Dashtimarvili, Hosein KAZEMI Pages 121-136
    Background and Objectives

    Biomass plays an important role in providing energy and the global carbon cycle and monitoring the biomass is one of the most important issues in the agricultural sector. Using remote sensing techniques is an effective tool for estimating biomass. This reduces field studies and saves time and money. Today, management practices can be improved using remote sensing technology and vegetation indices. The suitability of the weather in Golestan Province for producing most agricultural products has made the province highly diversified in terms of crop and biomass production. For this purpose, in this study, satellite images of Landsat 8 and Sentinel 2 were used to estimate the residue biomass of crops in the watershed of the southwest of Golestan province (Mohammad Abad, Qaresoo, Zaringol, and Gharnabad).

    Materials and Methods

    For this, field surveys were carried out to sample the fields at different stages of plant growth, in the winter and spring of 2016. The number of samples for wheat, barley, canola, rice, and soybean was 90, 70, 65, 67, and 80, respectively. The biomass data were also measured from field survey using four quadrates (0. 25m2) and their moisture content was determined by weighting. The Landsat 8 and Sentinel 2 images were downloaded from the USGS site in the early and middle of the growing season for mapping sattelitesatellite-based vegetation indices including, NDVI, SAVI, RVI, DVI, and RDVI. The relation between the indices and obtained biomass was evaluated using regression analysis to produce biomass maps for five crop residues.

    Results

    The results showed that the NDVI index is the best indicator to estimate the wheat, barley, and rapeseed residue biomass, in April, with a determination coefficient of 0.61, 0.65, and 0.65, respectively, according to the vegetative growth peak, and for the soybean crop in September, according to the peak of vegetative growth with a determination coefficient of 0.65, and the RVI index is the best indicator for estimating rice residue biomass in August in line with peak vegetative growth in the study area. The total amount of wheat, barley, canola, rice, and soybeans residues in the study area was estimated as 751657, 175637, 14979, 42628, and 93712 tons, respectively. The results of this study can be applied to managers and decision-makers of the agricultural sector in the province by identifying the potential for agricultural production and the amount of their residues.

    Conclusion

    The results of this study showed that the residue biomass of different products can be estimated by using the vegetation indices extracted from satellite images with acceptable accuracy in the study area. In this research, the overlaying for determining the cultivation area of wheat and soybean products was 97.74% and 97.6%, respectively. The precision of this method for peak vegetation periods was higher than the early stages of plant growth. Also, instead of a vegetation index, several vegetation indices were used and the NDVI and RVI index was the best indicator for estimating the residue biomass of different products.

    Keywords: Residue biomass, Remote sensing, Vegetation indices, Sentinel 2, Golestan
  • Raziye Farsi *, Hassan Yeganeh, Mohsen Hosseinalizadeh, Mojgansadat Azimi Pages 137-152
    Background and Objectives

    Preservation of soil and prevention of occurrence and intensification of erosion are the most important functions of natural ecosystems. This issue is especially important in steep and mountainous areas. Soil conservation function, like many other ecosystem services, lacks a market to determine value. Natural ecosystems are one of the important economic resource for many developing countries that contribute to the development of regions and communities by producing goods and services. This study was conducted in 2019 with the aim of investigating the role of natural ecosystem in Kechik area in controlling soil erosion and determining the economic value of soil protection based on soil fertility maintenance function.

    Materials and methods

    In order to estimate soil erosion quantitatively , the RUSLE model, which inputs include rain erosion factor, soil erodibility factor, length and degree of slope factor, vegetation factor and protective operations factor, was used in GIS environment. To calculate the economic value of soil fertility maintenance function, soil retention and soil nutrient content including nitrogen, phosphorus and potassium in the area were estimated and its economic value was calculated using the alternative cost approach.

    Results

    The results of soil erosion by RUSLE method showed that the range of soil erosion in the region varied between 0 to 239.2 tons per hectare per year and its average was estimated at 7.94 tons per hectare per year. The value of the main elements preserved in the soil of the whole basin was equal to 9.21 billion Rials per year and the value of each hectare of the region's ecosystem was estimated at 2.55 million Rials per year. Also, the analysis of erosion data in IDRISI Selva software showed that the factor of length and degree of slope with a correlation coefficient of 93% and a coefficient of determination (R2) of 0.87 had the greatest effect on estimating annual soil erosion.

    Conclusion

    The result of this study states that the value obtained per hectare of forest is 3.39, rangeland 2.84 and dry land 2.16 million rials per year, which shows the more value of rangeland ecosystem than dry lands. Due to the positive effects of vegetation, the need for special attention to rangeland and forest vegetation to reduce soil erosion is felt and it is recommended that biological and soil protection programs to reduce soil erosion damage in areas with high erosion sensitivity in the region. 

    Keywords: economic value, Soil protection, Kechik watershed, RUSLE
  • Akbar Mazri, Aidin Parsakhoo, Mohsen Mostafa * Pages 153-168
    Background and Objectives

    Nowadays, study about the reclamation of abandoned skid trails is necessary due to the their frequency in forestry units of north of Iran especially in so-called respiration period. These skid trails turn to be bare after the primary transportation (especially within first transportation years) where resulted in erosion and damage to soil forest. The aim of this study was to determine the best conservation treatments to deal with skid trails’ water erosion.

    Material and methods

    Firstly, a skid trail with a minimum length of 500 meters was selected in Bahramnia’s forestry plan. The longitudinal slope was divided into slope classes of 20-40% and >40%. In each class a segment with a length of 126 meters was determined and treatments of ditch & embankment, ditch & slash and ditch & stone each of in length of 14 meters with 5 meters interval were implemented. A rubber bar was installed at the end of each segment to convert sediment and runoff in to collectors. Sampling was done after each rainfall during 4 months (autumn and winter 2019 and 2020). The Intensity – Duration rainfall information has been determined using Rain gauge in the location, then dry weight of sediment samples has been measured in laboratory.

    Results

    Findings indicated that in both slope classes of 20-40% and >40% amount of runoff, sediment concentration and soil loss was significantly increased along with increasing intensity and duration of rainfall. In slope class of 20-40%, treatment of ditch and slash has more successfully done than other treatment in sedimentation and soil loss control than other treatments. In slope class of >40%, there wasn’t significant difference between the efficiency of treatments in sediment and soil loss control. Whereas, generally, treatments of ditch and slash as well as ditch and stone were more successful to control soil erosion than ditch & embankment treatment. In both slope classes, the rainfall intensity of 0.11 mm h-1 (2.64 mm in 24 h) was the threshold of water erosion of soil on skid trails. likewise, the interaction effect of slope and treatment type were not significant on runoff volume’s variables as well as sediment concentration and soil loss. Findings indicated that the ditch & slash treatment, in slope class of 20-40%, were the best in terms of sedimentation and soil loss control which could mitigate soil waste by 64%. In unallowable slope >40% all treatment could mitigate soil erosion by 47% which indicates the low efficiency of conservational treatments in unallowable slope tracks.

    Conclusions

    This research showed using of ditch & slash treatment cab be reduce soil erosion in skid trails, so consider to conservation the soil of skid tails this achievement has the applicability and generalizability

    Keywords: Ditch & embankment, Ditch & slash, Ditch & stone, soil loss, Longitudinal slope of skid trail
  • Amir Mahjoob *, Foad Kilanehei, Saeed Safaei Pages 169-184
    Background and Objectives

    As the water level rises in the main channel and crosses the floodplain boundary, because of different roughness coefficient and velocity between the main channel and the floodplain, the flow in the main channel move more acceleration than the flow in the floodplains and there will be strong momentum exchange between the flows in the intersection of the main channel and the floodplain. This exchange generates vortices in the intersection of the main channel and the floodplain. Momentum exchange reduces the high velocity flow energy of the main channel and adds to the low velocity flow energy of the floodplain. Momentum exchange also reduces the discharge of the main channel, increasing the discharge of the floodplain and decreasing river transmission capacity. At intersection of the main channel and the floodplain, due to the shear layer, the potential for instability and scour are high. Understanding parameters of the bed shear stress and momentum in the compound channel especially in the intersection of the main channel and floodplain make more accurate calculations related to the protection of the riverbed and determine the protection methods. In this study, the parameters of bed shear stress and flow momentum are quantified in conditions where the compound channel, bridge abutment length in the floodplain and the type of guide-wall simultaneously affect the flow pattern.

    Materials and methods

    In the present study, three-dimensional numerical analysis is performed to investigate the bed shear stress and momentum exchanging between the floodplain and the main channel in a symmetric trapezoidal compound channel by using FLOW-3D. After validating of the mentioned model, the bed shear stress and momentum exchange between the floodplain and the main channel for different bridge abutment lengths in cases with and without elliptical guide-wall have been investigated.

    Results

    The bed shear stress in the case with the elliptical guide wall has increased in the main channel and decreased in the floodplain compared to without guide-wall. Shear stress in the main channel has increased to 25.5% and decreased to 36.63% in the floodplain. The momentum exchange in the elliptical guide-wall case has increased up to 78.5% compared to without guide-wall case.

    Conclusion

    One of the remarkable results is that the bed shear stress in the floodplain decreases in the case of abutment with the elliptical guide-wall which improves the conditions at the bridge abutment. But increase the shear stress in the main channel causes the conditions of the abutment located in the main channel become more critical. Also, in the case of abutment with the elliptical guide-wall, the momentum exchange between the floodplain and the main channel increases compared to in the case of abutment without the guide wall, which increases the shear stress and creates vortices at intersection of the floodplain and the main channel.

    Keywords: Momentum Exchange, Bridge abutment, Bed Shear Stress, compound channel, Flow-3D
  • Farnoosh Gavazi, Shima Amani, Eisa Maroufpoor * Pages 185-199
    Background and objectives

    The performance of drip tape irrigation system depends on the choice of irrigation tape and its hydraulics. Numerous factors affect the discharge of the drip tape irrigation, the most important of which are the changes in pressure and temperature of the irrigation water. Changes in field topography, unsuitable design of the irrigation system, as well as the use of tapes with long length, cause a pressure difference between the drippers of the irrigation tapes. Also, the water temperature of the laterals pipes exposed to direct sunlight increases significantly. In some studies, the effect of increasing or decreasing water temperature on the discharge of tapes of drip irrigation has been studied, but in this study, the effect of water temperature in different operating pressures on the two types of drip irrigation tapes of seaming and plaque equipped has been studied and was attempted to present the results as applied equations and compared.

    Materials and methods

    In this study, 10 types of drip irrigation tapes were selected from two types of seaming and plaque equipped with the codes ID, I, T1, T2, T3, T4, B, S, P, and YD. In each tape were selected 25 test sample, randomly, which every test sample included at least 3 dripper units. The length of each test sample was in the range of 100 to 120 cm. In order to investigate the simultaneous effect of pressure and irrigation water temperature on the discharge of irrigation tapes, a physical model was designed and built in the Research Laboratory of Water Science and Engineering, University of Kurdistan in 2018.4 different irrigation water temperatures, including 13, 23, 33, and 43 centigrade, were applied to the irrigation tapes at operating pressures of 1 meter to 1.2 times the maximum pressure. All tests were performed according to ISO 9261 and IRISI 6775. General Equations of discharge - Pressure and normalized discharge - Temperature, all tapes were obtained. In order to investigate the effect of temperature on the discharge of irrigation tapes, an experiment was conducted in a completely randomized design with 4 treatments and 25 replications. Experimental treatments included 4 different temperatures (13, 23, 33 and 43 ° C). Data were analyzed by SAS statistical software and the mean of treatments was compared using LSD test.

    Results

    At the standard temperature of 23 ° C, the power of the discharge -pressure equation of 6 tapes was less than 0.5, 2 tapes between 0.5 to 0.6 and 2 tapes between 0.6 to 0.8. Therefore, all tapes were pressure non - compensating and their flexibility in terms of pressure changes was desirable and acceptable. At other temperatures studied, the power of discharge -pressure equation changed, which was less than 0.8 in all cases. The effect of temperature on the discharge of all irrigation tapes was significant (p < 0.05) and often increased with increasing temperature. The power of linear equation of normalized discharge -temperature of the tapes ranged from 0.02 to 0.66 and the width of their origin was between 53 and 121. The sensitivity of plaque equipped drip irrigation tapes to temperature changes was lower than seaming drip irrigation tapes and had lower discharge changes.

    Conclusion

    All of the drip irrigation tapes studied are of good quality in terms of sensitivity to pressure changes. Also, due to the fact that increasing the temperature of irrigation water increases the discharge of the tapes, it is recommended to use the plaque equipped tapes and normalized discharge equations proposed by the present study in areas where the changes in irrigation water temperature are between 13 to 43 ° C.

    Keywords: Emission uniformity, Equations of discharge – Pressure, Equation of normalized discharge – Temperature, Tape, Topography
  • Javad Khanifar, Ataallah Khademalrasoul *, Hadi Amerikhah Pages 201-214
    Introduction

    Aggregate stability is one the most important soil physical properties, which is estimated using easily accessible parameters. Remote sensing (RS) is a useful technique that has meaningful capabilities to monitor soil and water resources. Moreover, soil aggregate stability is an index of soil erodibility which can be used as a useful tool to manage and control the soil against destructive factors. Therefore, it is really important to model the effective factors on soil aggregate stability. The present study conducted because of importance of soil physical properties and land use effects on crop cover status and its modeling.

    Methods and material:

    In this research, the relation between vegetation indices and mean weight diameter (MWD) as an index of soil aggregate stability was investigated in forest and rangeland land uses. In order to evaluate the relation between land uses and vegetation indices in Dehdez watershed located in the southeast of Khuzestan Province, Iran country; the images of Landsat 8 with pass number 164 and the row of 38 provided from the Earth Explorer website with GeoTIFF format. The radiometric correction performed using ENVI 5.1 software. The evaluated vegetation indices including, RVI, VIN, TVI, YVI, SBL, DVI, NDGI, RI, NDI, NDVI, PVI, SAVI, TSAVI, ARVI ,and MSAVI. The Pearson correlation between the above vegetation indices and organic carbon, sand, silt, clay ,and mean weight diameter evaluated for 50 soil samples collected from two land uses. In this study, two type of land use, including forest and rangeland assessed. Pearson ´s correlation analysis and multivariate adaptive regression spline (MARS) applied to investigate the relation between vegetation indices and MWD.

    Results

    The results illustrated that in the rangeland, MWD had a significant correlation with VIN, TVI, MSAVI, RVI, SAVI, TSAVI, NDVI, and PVI indices at the level of 0.01. However, in the forest, there was no significant relation between the studied indices. Also, MARS modeling showed that the fitted model based on vegetation indices in rangeland (Adjusted R-Sq. = 0.55, RMSE = 0.16) has much higher predictive power and accuracy than the fitted model for forest (Adjusted R-Sq. = 0.35, RMSE= 0.36).

    Conclusion

    In general, the results of this study revealed that the controlling factors of soil aggregate stability are different for rangeland and forest land uses. This has led to differences in correlation coefficient between vegetation indices and MWD, and consequently modeling results. Also, remote sensing can provide convenient technology for providing the sustainable management purposes of soil and water resources. To cover the sustainability purposes in the watershed scale, it is necessary to utilize different technologies such as remote sensing. Indeed application of various techniques helps to simplify the processes and finally preserve the soil and water resources against degradable factors.

    Keywords: Remote sensing (RS), Vegetation indices (VIs), Land use, mean weight diameter (MWD)
  • Fatemeh Tabib Mahmoudi * Pages 215-228
    Background and objectives

    As the occurrence of water stress in plants and agricultural crops is affected by the drought, global warming, population growth and the urban heat islands, the lack of traffic and human activities in natural environment during the Covid-19 virus pandemic can be considered as a factor reducing plants’ water stress. As water stress is typically described by physiological plant responses to water deficiency due to the lack of soil moisture or high demand for evaporation in the atmosphere, the use of remote sensing data as a rapid and economical tool in monitoring climate change during Covid-19 virus pandemic has been considered.

    Materials and methods

    In this study, the efects of applying the limitations according to the Covid-19 virus is investigated on the plants water stress status in the spring of 2020 compared to three years ago. For this purpose, visible, near-infrared and short wavelenght infrared spectral bands of Sentinel-2 multispectral satellite images taken from a region in the east of Mazandaran province and in the 2017 to 2020 time interval were used. In the first step of the proposed method in this paper, by combining the normalized difference vegetation indices in near-infrared and short-wavelength infrared ranges, a vegetation map of the study area was produced. Then, three water stress indices of SRWI, NDWI and SIWSI in the vegetation map were calculated and the percentage of vegetation pixels that are under water stress was estimated in the 2017 to 2020 time interval.

    Results

    The obtained results of monitoring the plants water stress status in the study area in this research indicate the fact that despite a 35% decrease in annual rainfall in the rainy year of 2019-2020 compared to the same period in the last rainy year, the percentage of pixels under water stress has decreased by about 2%. In general, the area under water stress shows a decrease of one percent compared to the total vegetation area.

    Conclusion

    The results of the analysis showed that from 2017 to 2019, the annual rainfall was an effective factor in increasing or decreasing the percentage of pixels under water stress, especially in the plant leaf water content index (NDWI). An important point in analyzing the results of 2020 is that despite a -35% reduction in annual rainfall, the results of all three spectral indicators show a decrease in water stress in the region, which is one of the main effects of limitations and restricting the entry of vehicles and passengers to Mazandaran province and as a result the temperature has decreased.

    Keywords: Spectral indices, Plant water stress, Covid-19, Sentinel-2 satellite images, Shortwave infrared
  • NEGAR Noruzi, Mosa Hesam *, Khalil Ghorbani, Abotaleb Hezarjaribi Pages 229-241
    Background and Purpose

    The problem of water scarcity is one of the most important agricultural problems in Iran, therefore proper and timely use of water resources is essential. One of the strategies for optimal use of water in agriculture is irrigation planning of agricultural products. Irrigation planning means specifying the irrigation time and amount of water needed at each irrigation time during the plant growth period. In this study, in order to determine the irrigation time, the color change index of pepper leaf due to the decrease in soil moisture was used. So far, some studies have been carried out to determine some of the agronomic parameters of the fruit and leaf color changes using digital image processing, but no evidence is available for the relationship between leaf color and soil moisture subject to this thesis. Therefore, it can be assumed that this research is the first research in this field.

    Materials and Methods

    In order to investigate the effect of water stress on leaf color of chili pepper, plastic pots and dimaz chili peppers were used. The measured parameters included plant leaf color and soil moisture. Leaves were photographed daily and finally leaf color analysis was performed using Photoshop and BAL color scheme. The experiment was conducted in a completely randomized design with five treatments including 10, 30 and 50% water stress, complete irrigation and no irrigation treatment in four replications for irrigation planning. (No irrigation treatment was considered as control treatment). Water stress was applied to the treatments for 52 days during plant growth period from transplanting (three weeks after transplanting) until harvest.

    Results

    The LAB color system with a correlation coefficient higher than 94% can be used as an efficient system for investigating leaf color changes and determining irrigation time. One of the advantages of this method is its high computational volume and high accuracy of results. Increasing the accuracy of this method and examining its feasibility requires further research, and its simplicity and low cost can be a good justification for continuing its use. Certainly, by developing research on the proposed system, including the use of laboratory equipment and more accurate numerical methods, acceptable results can be obtained in estimating the exact irrigation time. On the other hand, three tree models QUEST, C5 and CHAID, which are decision tree algorithms, were used to predict soil moisture classes. The results showed that the C5 tree model had higher accuracy than other models and the accuracy of prediction of soil moisture classes by this model for the lab system was 86%.

    Conclusion

    The findings showed that as a result of soil moisture changes, there is a change in the natural reflection of the leaf color of the plant, and the lower the soil moisture, the darker the leaf color becomes and these changes affect the elements of the lab color system.

    Keywords: Irrigation time, Colorimetric, Photoshop software, Digital image color processing