فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال بیست و نهم شماره 2 (امرداد و شهریور 1401)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال بیست و نهم شماره 2 (امرداد و شهریور 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/01
  • تعداد عناوین: 7
|
  • یونس خوشخو* صفحات 1-24

    سابقه و هدف:

     در اقلیم های خشک و نیمه خشک که کشت دیم از اهمیت و جایگاه بالایی برخوردار است لازم است به طور ویژه ای ضمن بررسی فاکتورهای موثر بر عملکرد محصولات دیم، پیش بینی آن نیز مورد توجه قرار گیرد. در این میان، توجه ویژه به گیاهان زراعی تحمل پذیر نظیر جو اجتناب ناپذیر است. تحقیق حاضر با هدف امکان سنجی پیش بینی میزان عملکرد سالانه جو دیم بر اساس چند شاخص خشکسالی در یک اقلیم نیمه خشک به انجام رسید.

    مواد و روش ها

    با محاسبه سه شاخص خشکسالی SPEI، EDDI و SPI برای چهار دوره رشد جو دیم شامل کاشت-سبزشدن، سبزشدن-پنجه زنی، پنجه زنی-ساقه دهی و ساقه دهی-گل دهی در ایستگاه سرارود کرمانشاه، 12 سری زمانی از مقادیر این شاخص ها طی دوره آماری 2015-2000 استخراج گردید. جهت ارزیابی ارتباط کلی بین شاخص های خشکسالی و عملکرد سالانه جو دیم از جدول متقاطع استفاده شد و جهت مدل سازی میزان عملکرد سالانه جو دیم بر اساس شاخص های خشکسالی، در وهله اول از مدل رگرسیون چندگانه خطی مبتنی بر شناسایی بهترین زیرمجموعه و در مرحله تکمیلی از مدل رگرسیون مبتنی بر مولفه های اصلی (PCR) استفاده شد. فرایند مدل سازی رگرسیون خطی چندگانه با در نظر گرفتن دو رویکرد کلی شامل استفاده از هر شاخص خشکسالی بصورت واحد و استفاده تلفیقی از سه شاخص مختلف انجام شد.

    یافته ها

    بر اساس نتایج حاصل از جدول متقاطع، ارتباط مناسبی بین عملکرد سالانه جو دیم و شاخص های خشکسالی مشاهده شد و نتیجه-گیری شد که این پتانسیل وجود دارد که از شاخص های خشکسالی جهت پیش بینی عملکرد سالانه جو دیم استفاده شود. نتایج حاصل از بکارگیری هر شاخص خشکسالی بصورت واحد نشان داد که بالاترین ضریب تعیین بین عملکرد سالانه جو دیم با شاخص های خشکسالی با در نظر گرفتن SPEI (6/63 درصد) و کمترین مقدار آن با در نظر گرفتن EDDI (1/54 درصد) و برای شاخص SPI (4/62 درصد) در حد بینابین آنها حاصل آمد که این شاخص ها برای SPEI و SPI طی دوره های کاشت-سبزشدن و پنجه زنی-ساقه دهی و برای EDDI طی دوره های کاشت-سبزشدن و ساقه دهی-گل دهی در مدل حضور یافتند. نتایج حاصل از بکارگیری تلفیقی هر سه شاخص خشکسالی نشان داد که بهترین مدل رگرسیون چندگانه خطی با ضریب تعیین 7/78 درصد و ضریب تعیین تعدیل شده 2/69 درصد با حضور شاخص SPEI در دوره های پنجه زنی-ساقه دهی و ساقه دهی-گل دهی و همچنین شاخص EDDI در دوره های کاشت-سبزشدن و پنجه زنی-ساقه دهی حاصل آمد اما بالا بودن شاخص تورم واریانس (VIF) ضرورت بکارگیری مدل رگرسیونی مبتنی بر مولفه های اصلی (PCR) را آشکار ساخت. نتایج حاصل از بکارگیری مدل PCR جهت مدل سازی عملکرد سالانه جو دیم نشان داد که ضریب تعیین مدل در این حالت در مقایسه با مدل رگرسیون خطی چندگانه با افتی ناچیز به 2/78 درصد رسید اما ضریب تعیین تعدیل شده به 7/71 درصد بهبود یافت. با در نظر گرفتن مدل PCR بعنوان مدل نهایی پیش بینی عملکرد سالانه جو دیم و با بکارگیری روش اعتبارسنجی متقابل جهت سنجش قابلیت پیش بینی این مدل، مقدار دو شاخص R2 و RMSE به ترتیب برابر با 5/58 درصد و 3/572 کیلوگرم در هکتار (معادل با 22 درصد میانگین عملکرد سالانه جو دیم) حاصل آمد.

    نتیجه گیری

    نتایج کلی این تحقیق نشان داد که بکارگیری شاخص های خشکسالی با ماهیت متفاوت می تواند سبب افزایش توجیه پذیری واریانس عملکرد سالانه جو دیم گردد. بر اساس نتایج کلی حاصل از این تحقیق، وقوع یا عدم وقوع خشکسالی در دوره سبزشدن-پنجه-زنی تاثیر قابل توجهی بر میزان عملکرد سالانه جو دیم ندارد و با توجه به آنکه دوره پنجه زنی-ساقه دهی نقش پررنگ تری در مدل ها داشت بعنوان بااهمیت ترین دوره موثر بر میزان عملکرد سالانه جو دیم شناسایی شد. لذا در سال هایی که خشکسالی در دوره پنجه زنی-ساقه دهی رخ دهد انتظار افت عملکرد سالانه بیشتری در مقایسه با وقوع خشکسالی در سایر دوره ها می توان داشت.

    کلیدواژگان: اعتبارسنجی متقابل، مدل PCR، شاخص SPEI، شاخص EDDI، ایستگاه سرارود
  • راضیه دریایی، سید علی اکبر موسوی*، رضا قاسمی، مسعود ریاضی صفحات 25-45

    سابقه و هدف:

     آلودگی های نفتی یک پیامد اجتناب ناپذیر حاصل از افزایش سریع جمعیت و فرایند صنعتی شدن هستند که انتشار آن ها در خاک می توانند بر بسیاری از ویژگی های خاک به ویژه پایداری خاکدانه ها موثر باشند. توزیع اندازه ذرات و پایداری خاکدانه ها از ویژگی های اصلی فیزیکی خاک هستند که بررسی این شاخص ها، پایه و اساس استراتژی های حفاظت خاک بوده و از پارامترهای بسیار مهم در شناسایی وضعیت ساختمان خاک می باشند. ایران کشوری نفت خیز است و تاکنون اثر ترکیبات نفتی مختلف بر پایداری خاکدانه ها و شاخص های پایداری شامل میانگین وزنی و هندسی قطر خاکدانه ها در خاک های با بافت مختلف بررسی نشده است. بنابراین هدف از این پژوهش بررسی اثر سطوح مختلف نفت خام، نفت سفید و گازوییل به عنوان سه ماده نفتی پر مصرف بر پایداری خاکدانه ها در سه خاک با بافت های لوم رسی، لوم شنی و شن لومی است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش تاثیر سطوح صفر، 5/1، 3 و 5/4 درصد نفت خام، نفت سفید و گازوییل بر پایداری خاکدانه ها در خاک های لوم رسی، شن لومی و لوم شنی در قالب طرح کاملا تصادفی در یک آزمایش فاکتوریل بررسی شد. شاخص های پایداری مورد مطالعه شامل میانگین وزنی و هندسی خشک و تر قطر خاکدانه ها بودند که به ترتیب با استفاده از روش های الک خشک و تر اندازه-گیری شدند. نتایج حاصل از پژوهش با استفاده از نرم افزارهای آماری EXCEL و SAS تجزیه و تحلیل و میانگین های مربوط به اثر جداگانه و برهمکنش های هر یک از تیمارها با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن در سطح معنی داری 5 درصد مقایسه شدند.

    یافته ها

    نتایج نشان داد میانگین وزنی خشک قطر خاکدانه ها در خاک های شن لومی و لوم شنی به طور معنی داری به ترتیب به میزان حدود 72 و 56 درصد و میانگین هندسی خشک قطر خاکدانه ها در این خاک ها به ترتیب به میزان حدود 78 و 69 درصد کمتر از خاک لوم رسی بود. همچنین میانگین وزنی خشک قطر خاکدانه ها در خاک های تیمار شده با نفت سفید و گازوییل در مقایسه با خاک های تیمار شده با نفت خام به ترتیب به میزان حدود 17 و 25 درصد و میانگین هندسی خشک قطر خاکدانه ها به ترتیب به میزان حدود 22 و 35 درصد بیشتر بود. میانگین وزنی تر قطر خاکدانه ها در خاک شن لومی در مقایسه با خاک های لوم رسی و لوم شنی به طور معنی-داری و به ترتیب به میزان حدود 20 و 35 درصد و میانگین هندسی تر قطر خاکدانه ها به ترتیب به میزان حدود 91 و 12 درصد بیشتر بود. همچنین میانگین وزنی تر قطر خاکدانه ها در خاک های تیمار شده با نفت سفید و گازوییل در مقایسه با نفت خام به طور معنی داری و به ترتیب به میزان حدود 32 و 8 درصد و میانگین هندسی تر قطر خاکدانه ها در خاک های تیمار شده با نفت سفید و گازوییل در مقایسه با نفت خام به طور معنی داری به ترتیب به میزان حدود 34 و 14 درصد کمتر بود.

    نتیجه گیری

    به طور کلی نتایج نشان داد کاربرد سطوح کم مواد نفتی سبب افزایش معنی دار میانگین وزنی و هندسی خشک و تر قطر خاکدانه ها شد درحالی که سطوح زیاد سبب کاهش ویژگی های مذکور شد. نتایج حاصل از این پژوهش می تواند در هر دو بعد شناسایی و پایش ویژگی های خاک های آلوده به مواد نفتی برای اصلاح و اتخاذ تصمیمات مدیریتی و همچنین به منظور حفاظت از خاک در برابر پدیده مخرب فرسایش قابل استفاده باشد.

    کلیدواژگان: شن لومی، گازوئیل، لوم رسی، لوم شنی، نفت خام
  • بهروز آژ براگوری، حسن کریم زادگان*، محسن محمدی گلنگش، فاطمه شریعتی، لیلا اوشک سرایی صفحات 47-68

    سابقه و هدف:

     آب و خاک از اجزای مهم اکوسیستم بوده و کاهش کیفیت آنها موجب تاثیر بر محیط زیست و کشاورزی ‏می شود، لذا ضروری است تا اثرات آفت کش ها بر منابع آب و خاک مشخص شده و با تعیین سطوح غلظت باقی مانده آنها در اراضی ‏کشاورزی بویژه شالیزارها در جهت کنترل و مدیریت آنها اقدام شود. از این رو، هدف از از این مطالعه تعیین و ارزیابی سطح غلظت باقی ‏مانده آفت کش های ارگانوفسفره در نمونه های آب و خاک اراضی شهرستان رودبار و بررسی وضعیت اکوتوکسیکولوژی آنها می باشد.‏

    مواد و روش ها

    در این تحقیق، تعدد 12 ایستگاه با استفاده از روش سیستماتیک تصادفی در اراضی شالیزاری شهرستان رودبار تعیین شد. ‏در مجموع، 24 نمونه شامل 12 نمونه آب و 12 نمونه خاک برداشت گردید. نمونه برداری از آب در بطری های 1 لیتری تیره رنگ و نمونه-‏برداری خاک از لایه سطحی مطابق با روش استاندارد انجام گرفت. تمامی نمونه ها درون یخدان حاوی یخ خشک به آزمایشگاه منتقل ‏شدند. اندازه گیری سموم آفت کش ارگانوفسفره با استفاده از روش استاندارد ‏EPA 8041b‎‏ صورت گرفت. تمامی آنالیزها توسط دستگاه ‏گازکروماتوگرافی با دتکتور جرمی در شرکت آریا شیمی شریف انجام شد. به منظور بررسی وضعیت اکوتوکسیکولوژی آفت کش ها از دو ‏پایگاه داده به نام های مرکز ملی اطلاعات آفت کش ها و پایگاه داده ویژگی های آفت کش ها استفاده شد. این دو پایگاه اطلاعاتی وابسته به ‏دانشگاه ایالتی اورگان، آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا و دانشگاه هرتفوردشایر می باشند. تحلیل آماری داده ها شامل تجزیه واریانس ‏با استفاده از آزمون آنووای یکطرفه، مقایسه میانگین ها با استفاده از آزمون دانکن، همبستگی به روش پیرسون و آنالیز مولفه های اصلی به ‏روش کوواریانس انجام شد. ‏

    یافته ها

    بر اساس نتایج، در نمونه های آب و خاک اراضی شالیزاری رودبار تعداد 11 آفت کش ارگانوفسفره شناسایی گردید. اتیون (نام ‏تجاری ستیون) در خاک و دیازینون (نام تجاری بازودین) در آب دارای بیشترین مقدار غلظت باقی مانده بودند. ایستگاه های شیخعلی ‏طوسه1و2 و میرزاگلبند1 با مقدار 05/4، 99/3 و 49/3 میکروگرم بر کیلوگرم بیشترین مقدار بقایای سم اتیون در خاک را داشتند. همچنین، ‏ایستگاه های شیخعلی طوسه2، میرزاگلبند1 و حلیمه جان به ترتیب با 96/3، 71/1 و 68/1 میکروگرم بر لیتر دارای بیشترین مقدار آفت کش ‏دیازینون در نمونه های آب بودند. نتایج نشان داد که اراضی پایین دست در محدوده امام زاده هاشم در مقایسه با اراضی بالادست در محدوده ‏شهر رودبار دارای غلظت باقی مانده و بار آلودگی بیشتری هستند. میانگین غلظت باقی مانده در نمونه های خاک (987/0 میکروگرم بر ‏کیلوگرم) بیشتر از نمونه های آب (304/0 میکروگرم بر لیتر) بدست آمد. بر اساس نتایج آفت کش های دیازینون، متیل پاراتیون، آزینفوس ‏متیل، مالاتیون و اتیون در ایستگاه های مورد مطالعه اختلاف معنی داری را نشان دادند. مقایسه میانگین غلظت باقی مانده آفت کش ها با ‏ویژگی های فیزیکوشیمیایی و اکوتوکسیکولوژی آنها نشان داد که از نظر پتانسیل خطر و سمیت برای آبزیان، غلظت آفت کش های ‏بتاموینفوس، مالاتیون (مالتوس) و آزینفوس متیل (گوزاتیون ام) به ترتیب با 043/0، 573/0 و 272/0 میکروگرم بر لیتر بسیار بالا بوده که این ‏آفت کش ها را در وضعیت خطر بالا و سمی برای آبزیان منطقه قرار داده است. ‏

    نتیجه گیری

    استفاده بیش از اندازه از سموم در اراضی کشاورزی باعث ایجاد مشکلات زیست محیطی شده است. در نتیجه، پایش و ارزیابی ‏بقایای آفت کش ها در اراضی شالیزاری بسیار مهم بوده زیرا پساب های آلوده از مزارع برنج به طور مستقیم به رودخانه ها تخلیه می شوند. با ‏توجه به سطوح بالای غلظت باقی مانده برخی از آفت کش های ارگانوفسفره در منطقه ضروری است تا به منظور پیشگیری، کنترل و کاهش ‏آلودگی ضمن نظارت کارشناسان، دوره های آموزشی در مورد آشنایی کشاورزان با خطرات آفت کش ها برگزار گردد. همچنین به منظور ‏مبارزه غیر شیمیایی با آفات، پیشنهاد می شود که از زنبور تریکوگراما بصورت تریکوکارت جهت مبارزه با کرم ساقه خوار برنج، تله های ‏رنگی و مواد جلب کننده در شالیزارها استفاده گردد. ‏

    کلیدواژگان: شالیزار، ارگانوفسفره، بوم سم شناسی، آفت کش، آلودگی. ‏
  • سید محمدرضا حسینی وردنجانی، مجتبی خوش روش*، مسعود پورغلام آمیجی، فاطمه آتشخوار، غلامرضا شماعی صفحات 69-89

    سابقه و هدف:

     استفاده از سامانه های نوین آبیاری به دلیل افزایش راندمان و بهره وری مصرف آب یک راهکار اساسی سازگار با شرایط کم آبی می باشد. استفاده از روش مناسب آبیاری برای حفظ امنیت غذایی و کاهش آب مورد نیاز، در مقیاس جهانی مطرح می باشد. از دیگر اهداف اجرای این سامانه ها می توان به حفاظت کمی و کیفی منابع آب و خاک و پایداری تولید محصولات کشاورزی اشاره نمود.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق به ارزیابی فنی و هیدرولیکی هفت سامانه نوین آبیاری (تلفیقی، بارانی کلاسیک ثابت با آبپاش متحرک و قطره ای) اجراشده در شهرستان های شهرکرد، بن و سامان در استان چهارمحال و بختیاری پرداخته شد. برای ارزیابی سامانه های تلفیقی و بارانی کلاسیک ثابت با آبپاش متحرک، ضریب یکنواختی کریستیانسن (CU)، یکنواختی توزیع (DU)، راندمان پتانسیل کاربرد در ربع پایین (PELQ)، راندمان کاربرد آب در ربع پایین (AELQ) در دو مقیاس بلوک مورد آزمایش و کل سامانه محاسبه گردید. برای ارزیابی سامانه های آبیاری قطره ای نیز شاخص های یکنواختی پخش آب در کل سامانه (EU)، راندمان پتانسیل کاربرد آب در ربع پایین سامانه (PELQ) و راندمان واقعی کاربرد آب در ربع پایین سامانه (AELQ) محاسبه شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که مقدار شاخص های CU، DU، PELQ، AELQ برای بلوک مورد آزمایش در سامانه های آبیاری تلفیقی و کلاسیک ثابت با آبپاش متحرک برابر با 68.6، 59.38، 46.85 و 58.56 و برای خود سامانه 67.01، 58.48، 54.2 و 56.5 محاسبه گردید. همچنین مقادیر شاخص های EU، PELQ و AELQ برای سامانه آبیاری قطره ای برابر با 55.62، 51.91 و 53.83 به دست آمد. نتایج نشان داد که سامانه های فوق از زیرساخت خوبی برخوردار بوده اند و بیشترین مشکلات مربوط به فاز بهره برداری و نگهداری این سامانه ها توسط بهره برداران می باشد.

    نتیجه گیری

    مشکلات اصلی این سامانه ها که منجر به کاهش معیارهای ارزیابی عملکرد شده است، شامل کم آبیاری، عدم دانش کافی بهره برداران و عدم آموزش در خصوص نحوه استفاده صحیح از سامانه (تنظیم فشار، بازدیدهای دوره ای از سامانه، بهره برداری صحیح و اصولی و غیره)، تغییر دور آبیاری، استفاده از تعداد آبپاش بیشتر و تغییرات فشار زیاد و توزیع غیریکنواخت آن در سامانه، عدم رعایت الگوی کشت پیشنهادی مطابق با دفترچه طرح و استفاده از قطره چکان نامناسب می باشند. بنابراین با توجه به بررسی همه جانبه پیشنهاد می شود در مزارع با تغییر نوع سامانه از سنتی به روش های نوین، دوره های آموزشی برای بهره برداران گذاشته شود و مزارعی که از نظر بهره برداری در حد مطلوب می باشند، شناسایی و مورد بازدید برای سایرین قرار داده شوند. همچنین در مزارع با سطوح بالا تعاونی بهره برداری تشکیل شود تا نظام خرده مالکیت از بین رود و این امر باعث می گردد تا الگوی کشت نیز تا حد مطلوبی رعایت گردد.

    کلیدواژگان: ارزیابی، آبیاری تلفیقی، ضریب یکنواختی، بهره برداری
  • محسن مسلم زاده، حجت کرمی*، سعید فرزین، ایمان احمدیان فر صفحات 91-111
    سابقه و هدف

    با توجه به کمبود منابع آب و تقاضای روزافزون بشر، بهره برداری بهینه مخازن به یکی از مهم ترین موضوعات کلیدی جهان امروز تبدیل شده است. در این راستا بهره برداری صحیح و بهینه از سدها یکی از کارآمدترین ابزار مدیریت منابع آب بشمار می رود. نظر به تعداد بالای متغیرهای تصمیم، روابط و قیود موجود در مسایل، مدیریت مخازن و بهینه سازی آن ها از پیچیدگی های زیادی برخوردار است. از اینرو بسیاری از محققین در تحقیقات خود به این موضوع توجه ویژه ای داشته اند. در این پژوهش الگوریتم نوین و بهینه ساز جستجوی اتم (ASO) که برگرفته از مفاهیم دینامیک مولکولی است بر روی سامانه های منابع آب چند مخزنه توسعه داده خواهد شد. از طرفی عدم پیاده سازی سیاستهای مناسب در راستای حفاظت از خاک، پدیده مهم فرسایش را به ویژه در اراضی بالادست مخازن در پی داشته که یکی از نتایج منفی حاصل از آن رسوب گذاری خواهد بود. انتقال و انباشت رسوبات معلق، به نوبه خود منجر به کاهش حجم مفید مخزن خواهد شد که این مهم در اکثر مسایل بهینه سازی مخازن مورد غفلت قرار می گیرد. لکن در این پژوهش بهره برداری بهینه سد تک مخزنه توسط الگوریتم ASO با لحاظ آورد رسوب ماهانه مورد بررسی قرار می گیرد.

    مواد و روش ها

    در ابتدا عملکرد الگوریتم جستجوی اتم بر روی توابع محک ریاضی بررسی خواهد شد. سپس با انجام تحلیل حساسیت جهت تعیین منطقی ضرایب تاثیرگذار الگوریتم و انتخاب تعداد ذرات و تعداد تکرارهای مناسب هر عملیات، عملکرد الگوریتم بر روی سامانه های متعارف چهار و ده مخزنه تحلیل می شود. در ادامه جهت تامین آب پایین دست سد دز با رعایت موضوع مهم آورد ماهانه رسوب در مخزن، از الگوریتم جستجوی اتم و چهار الگوریتم رایج دیگر استفاده شده که نتایج آن ها با انتخاب معیارهای مقدار تابع هدف، مقادیر RMSE، MAE، NSE,PBIAS به وسیله تکنیکهای رتبه بندی تاپسیس (TOPSIS) و تاپسیس اصلاح شده (M-TOPSIS) اولویت بندی می گردد.

    یافته ها:

     عملکرد الگوریتم جستجوی اتم بر روی سامانه های متعارف چهار و ده مخزنه تحلیل شده که نتایج نزدیکی 33/95 درصدی با جواب بهینه مطلق سیستم چهار مخزنه یعنی مقدار 29/308 و نزدیکی 67/89 درصدی با جواب مطلق سامانه ده مخزنه به مقدار 44/1194 را نشان می دهد. همچنین مقایسه الگوریتم جستجوی اتم و چهار الگوریتم رایج ازدحام سالپ (SSA)، الگوریتم سینوس کسینوسی (SCA)، الگوریتم ازدحام ذرات (PSO) و الگوریتم ژنتیک (GA) در سیستم تک مخزنه تحت رسوب گذاری از برتری مطلق الگوریتم جستجوی اتم (ASO) حکایت داشت.

    نتیجه گیری: 

    به کارگیری الگوریتم جستجوی اتم در حل مسایل بهینه سازی مدیریت منابع آب به ویژه با لحاظ موضوع اثرگذاری حفاظت خاک و رسوب گذاری مخازن توصیه می گردد.

    کلیدواژگان: بهینه ساز جستجوی اتم (ASO)، رسوبگذاری مخزن، تاپسیس، سامانه چند مخزنه، آنالیز حساسیت
  • مهین نادری*، واحد بردی شیخ، چوقی بایرام کمکی، عبدالرضا بهره مند، عبدالعظیم قانقرمه، حمید سیروسی صفحات 113-134

    سابقه و هدف:

     تعیین نوع، حدود و تغییرات مکانی و زمانی کاربری اراضی و پوشش زمین در تعیین خصوصیات هیدرولوژیکی آبخیزها از اهمیت بسیاری برخوردار است. داده های ماهواره ای به عنوان سریع ترین و کم هزینه ترین ابزارهای در اختیار پژوهشگران برای این منظور می باشند. منطقه مورد مطالعه این پژوهش، حوزه آبخیز حبله رود است که کاهش آبدهی آن در دهه های گذشته باعث تشدید تعارض بین ذینفعان بالادست (استان تهران) و پایین دست (استان سمنان) شده است. باتوجه به اینکه تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل تغییرات رژیم هیدرولوژیکی آبخیزها می باشد، هدف تحقیق حاضر آشکارسازی، کمی سازی و پیش بینی تغییرات کاربری اراضی و بررسی روند تغییرات پوشش گیاهی سطح زمین در این حوزه می باشد.

    مواد و روش ها

    در این تحقیق برای شناسایی کاربری اراضی حوزه حبله رود، طبقه بندی نظارت شده شی ءگرای تصاویر سری لندست مربوط به سال های 1987، 2002 و 2019 در محیط سامانه گوگل ارث انجین انجام شد. برای بررسی عملکرد روش طبقه بندی، نقاط متعدد واقعیت زمینی نیاز است. در این تحقیق، نقشه واقعیت زمینی با بررسی میدانی و تفسیر تصاویر با تفکیک مکانی زیاد (بزرگ مقیاس) گوگل مپ ایجاد شد. از مدل زنجیره ای مارکوف و سلول های خودکار مارکوف در افزونهMOLUSCE که یکی از افزونه های نرم افزار سامانه اطلاعات مکانیQGIS است برای شبیه سازی تغییرات کاربری اراضی و تحلیل وضعیت پویایی منطقه مورد مطالعه استفاده شد. بعلاوه، روند تغییرات شاخص NDVI برای ارزیابی تغییرات مکانی - زمانی وضعیت پوشش گیاهی منطقه مورد مطالعه در نرم افزار گوگل ارث انجین محاسبه شد.

    یافته ها

    نتایج بیانگر این است که روش و تکنیک طبقه بندی مورد استفاده در این پژوهش دارای درصد صحت کلی بیش از 88 و ضریب کاپای بیش از 86/0 در تمام مقاطع زمانی مورد بررسی می باشد. همچنین مشاهده می شود که حوزه حبله رود طی دوره 1987 الی 2019 شاهد افزایش مساحت اراضی زراعی آبی به میزان 5/67 کیلومترمربع، اراضی زراعی دیم در حدود 20 کیلومترمربع و مناطق مسکونی در حدود 21 کیلومترمربع بوده است. مساحت اراضی مرتعی درجه 1 حدود 240 کیلومترمربع و اراضی مرتعی درجه 2 حدود 196 کیلومترمربع کاهش یافته است. درحالی که مساحت اراضی مرتعی درجه 3 افزایشی حدود 327 کیلومترمربع داشته است. در صورت تداوم این روند، تا سال 2051 مساحت اراضی زراعی آبی در حدود 20 کیلومترمربع دیگر افزایش و مساحت اراضی مرتعی درجه 1 در حدود 127 کیلومترمربع کاهش خواهد یافت. اما مساحت اراضی مرتعی درجه 2 و3 هرکدام در حدود 50 کیلومترمربع افزایش خواهد یافت. مساحت اراضی مسکونی نیز روند افزایشی خواهند داشت. همچنین نتایج بیانگر سیر نزولی معنادار متوسط شاخص NDVI حوزه است که نشان می دهد در طول زمان وضعیت پوشش گیاهی منطقه سیر قهقرایی را طی کرده است. سیر قهقرایی پوشش گیاهی در اطراف مناطق مسکونی و رودخانه ها و قسمت های پایین دست حوزه شدیدتر است.

    نتیجه گیری

    بررسی روند تغییرات کاربری اراضی حوزه حبله رود نشان می دهد که در اثر مداخلات انسانی، در بخش های فراوانی از سطح حوزه، پوشش گیاهی طبیعی با پوشش های زراعی، باغی و مسکونی جایگزین شده است. کیفیت پوشش طبیعی غالب منطقه (مرتع) نیز سیر قهقرایی را طی کرده است. بنابراین با توجه به روند افزایش جمعیت، گسترش شهرنشینی، توسعه صنایع و گردشگری و پیامدهای ناشی از مداخلات انسانی در حوزه همچون کاهش شدید آبدهی رودخانه های حوزه حبله رود و گسترش تعارض بین ذینفعان و ذیمدخلان پیشنهاد می گردد تمرکز اصلی سیاست ها و اقدامات مدیریتی در این حوزه آبخیز روی برنامه ریزی موثر به ویژه مدیریت و بهینه سازی مداخلات انسانی از طریق تدوین و اجرای برنامه آمایش سرزمین و راهکارهای بهینه سازی و صرفه جویی در مصرف آب باشد.

    کلیدواژگان: سنجش ازدور، گوگل ارث انجین، شاخص NDVI، طبقه بندی نظارت شده، حوزه حبله رود
  • سمیرا ضیایی فر، حسین خزیمه نژاد*، حسن علی نژاد، عبدالله درزی نفت چالی صفحات 135-154

    سابقه و هدف:

     کاهش اثرات زیست محیطی مرتبط با تلفات قابل توجه آب و نیتروژن از اراضی شالیزاری، مستلزم ارتقای همزمان کارایی مصرف این نهاده ها می باشد. برنج به عنوان یکی از مهم ترین گیاهان زراعی، غذای اصلی بیش از نیمی از جمعیت جهان را تامین می کند. بر اساس آخرین آمار موجود، در سال زراعی 2018 - 2017 سطح زیر کشت برنج کشور 622991 هکتار بود که به طور عمده متعلق به پنج استان گیلان (3/35 درصد)، مازندران (3/34 درصد)، خوزستان (9/10 درصد)، گلستان (9/9 درصد) و فارس (4/3 درصد) بود. از میان استان های مختلف، استان مازندران با تولید 1113715 تن شلتوک، تولید کننده اصلی برنج کشور محسوب می شود. از سوی دیگر، بیشترین سطح زیرکشت در بین کل محصولات زراعی در استان مازندران مربوط به برنج می باشد.

    مواد و روش ها

    داده های مزرعه ای مورد نیاز در طول دو فصل کشت برنج رقم دیلمانی در سال های 1390 و 1391 از حدود یک هکتار از اراضی شالیزاری تجهیز و نوسازی شهرستان ساری در استان مازندران تهیه شد. از داده های سال 1390 برای واسنجی و از داده های سال 1391 برای صحت سنجی مدل CERES-RICE از بسته نرم افزاریDSSAT V4.7.5 استفاده شد. با استفاده از مدل واسنجی شده، اثر سناریوهای مختلف مدیریت آب و کود نیتروژن بر شاخص های کارایی مصرف آب (WUE)، کارایی اقتصادی مصرف آبEWP))، کارایی فیزیولوژیکی مصرف نیتروژن برای تولید دانه (NUEg)، شاخص برداشت (HI) و شاخص برداشت نیتروژن (NHI) برنج بررسی شد. از مدل واسنجی شده برای ارزیابی اثر تلفیقی سه نوع مدیریت آبیاری شامل غرقاب دایم (I1)، آبیاری متناوب با دور 5 روز (I2) و آبیاری متناوب با دور 8 روز (I3) و شش تیمار مدیریت کودیN1 (50% زمان کاشت، 25% زمان پنجه زنی و 25% زمان خوشه دهی)، N2 (25% زمان کاشت، 50% زمان پنجه زنی و 25% زمان خوشه دهی)،N3 (25% زمان کاشت، 25%زمان خوشه دهی و 50% زمان پنجه زنی)، N4 (کوددهی در زمان خوشه دهی)، N5 (کوددهی در زمان پنجه زنی) و N6 (کوددهی در زمان کاشت)استفاده شد.

    یافته ها

    کم ترین عملکرد دانه (832 کیلوگرم در هکتار) در تیمار I1N6 و بیش ترین مقدار آن (3640 کیلوگرم در هکتار) در تیمار I3N5 حاصل شد. شبیه سازی ها نشان داد که تاثیر زمان کوددهی و نوع آبیاری مستقل از یکدیگر نبود. تیمار I3N5، دارای حداکثر HI (39/0)، حداقل تبخیر از سطح خاک (4/173 میلی متر)، حداکثر WUE (یک کیلوگرم بر مترمکعب)، حداکثر EWP (104×12 ریال بر مترمکعب)، کمترین تلفات نیترات (47/52 کیلوگرم بر هکتار)، بیشترین جذب کود نیتروژن (99 کیلوگرم بر هکتار)، حداکثر NUEg (یک) و حداقل تنش نیتروژن (05/0) بود. همچنین حداکثر NHI (37/0)، متعلق به تیمار I2N5 بود.

    نتیجه گیری

    براساس نتایج، در مدیریت های اعمال شده با توجه به اجزای عملکرد محصول، شاخص برداشت، بهره وری آب، کارایی اقتصادی مصرف آب، کارایی مصرف نیتروژن، نیتروژن جذب شده، آبشویی نیترات و شاخص برداشت نیتروژن، مدیریت آبیاری با تناوب 8 روز، به عنوان بهترین گزینه از نظر مدیریت آبیاری بود. همچنین، استفاده از تیمار I3N5 به عنوان تیمار برتر تحت دو مدیریت کوددهی و آبیاری در پژوهش حاضر (در دوره 20 تا 50 روز پس از نشاکاری)، از نظر کارایی مصرف آب و نیتروژن مصرفی در شالیزارهای استان توصیه می شود.

    کلیدواژگان: مدیریت آب، مدل CERES-RICE، دور آبیاری، عملکرد برنج، کارایی مصرف نیتروژن
|
  • Younes Khoshkhoo * Pages 1-24
    Background and Objectives

    At the arid and semi-arid climates which the rainfed farming has a high degree of importance, it is essential to evaluate both the effective factors on the rainfed crop yield and its predicting as well. In this respect, it is unavoidable to have a special consideration for some tolerable crops such as barley. The aim of the current study was to assess the possibility of rainfed barley annual yield prediction using some drought indices at a semi-arid climate.

    Materials and Methods

    By calculating SPEI, EDDI and SPI drought indices for four growth stages of rainfed barley including sowing-emerge, emerge-tillering, tillering-stem and stem-flowering at the Sararoud-Kermanshah station, a number of 12 time series of these indices were extracted during 2000-2015 period. The cross-tabulation was used to evaluating the overall relationship between drought indices and rainfed barley annual yield and to modeling rainfed barley annual yield based on drought indices, the best subset-based multiple linear regression model and Principal Component Regression (PCR) were applied at two different stages. The modelling procedure performed in two overall cases including considering a unique drought index and considering a combination of three different drought indices cases.

    Results

    the results of cross-tabulation technique showed an appropriate relationship between rainfed barley annual yield and drought indices. Therefore, a potential is available to use drought indices to predict rainfed barley annual yield. Based on the results of considering a unique drought index case, the highest (63.6%) and lowest (54.1%) values of coefficient of determination between rainfed barley annual yield and drought indices were for SPEI and EDDI indices, respectively and a value between them (62.4%) for SPI. The values of these indices were appeared at the model during the sowing-emerge and tillering-stem stages for SPEI and SPI and sowing-emerge and stem-flowering stages for EDDI. By considering the combination of three different drought indices case, the results revealed that the best multiple linear regression model is obtained by presence of SPEI (during tillering-stem and stem-flowering stages) and EDDI (during sowing-emerge and tillering-stem stages) indices in the model with a good coefficient of determination (R2= 78.7% and R2adj= 69.2%). However, the high value of Variance Inflation Factor (VIF) revealed that it is necessary to solve this issue by considering the Principal Component Regression (PCR) model. By applying PCR model to predict rainfed barley annual yield, the coefficient of determination for the PCR (78.2%) showed a negligible decrease compared to the multiple regression model. However, the adjusted coefficient of determination properly improved to 71.7%. By considering the PCR model as the final model of predicting rainfed barley annual yield, the cross-validation results of this model led to obtaining R2=58.5% and RMSE=572.3kg/hec (equal to 22% of the mean of annual yield).

    Conclusion

    The overall results of this research showed that applying different drought indices could lead to increasing the explained variance of rainfed barley annual yield. The overall results of this research showed that the occurrence of drought during the emerge-tillering stage does not have a considerable impact on the rainfed barley annual yield. With respect to the higher role of the tillering-stem stage in the regression models, this stage was detected as the most important effective period on the rainfed barley annual yield. Therefore, among different growth stages, occurring drought in the tillering-stem period is expected to lead to a lesser amount of annual yield.

    Keywords: cross validation, PCR model, SPEI index, EDDI index, Sararoud station
  • Raziyeh Daryaei, Seyyed AliAkbar Moosavi *, Reza Ghasemi, Masoud Riazi Pages 25-45
    Background and Objective

    Oil pollutants are inevitable consequence of rapid population growth and the process of industrialization. Their spread in soil can affect many soil properties, especially aggregate stability. Particle size distribution and aggregate stability are of the main physical and hydraulic characteristics of soil that study of these indices are the basis of soil conservation strategies and are very important parameters in identifying the status of soil structure. Iran is an oil-rich country and the effect of different petroleum compounds on aggregate stability and stability indices including mean weight diameter and geometric mean diameter of aggregates in soils of different textures have not been studied so far. Therefore, this study aimed to investigate the effect of different levels of crude oil, kerosene, and gasoline as the three high-consumption petroleum products on the stability of aggregates in three soils with clay loam, sandy loam, and loamy sand textures.

    Materials and Methods

    In this study, the effect of 0, 1.5, 3.5, and 4.5% levels of crude oil, kerosene, and gasoline on the stability of aggregates in clay loam, loamy sand, and sandy loam soils was investigated in a factorial completely randomized design experiment. Studied stability indices were the mean weight diameter and geometric mean diameter of aggregates deterimined using both dry and wet sieving approaches. Finally, the results of the research were analyzed using EXCEL and SAS statistical softwares and the means of each separate treatment as well as their interactions compared using the Duncan's multiple range test at the 5% level.

    Results

    The results showed that the mean dry weight of aggregate diameters in the loamy sand and sandy loam soils were significantly lower than that of the clay loam soil by nearly 72% and 56%, respectively. The reductions were about 78% and 69% for the dry geometric mean diameter of aggregates. Furthermore, the dry mean weight diameter of aggregates in the soils treated by kerosene and gasoline were more than that of the crude oil- treated soils by nearly 17% and 25%, respectively. The mentioned increaments were about 22% and 35% for the dry geometric mean diameter. The wet mean weight diameter of aggregates in the loamy sand soils was significantly higher than that of the clay loam and sandy loam soils by nearly 20% and 35%, respectively. Furthermore, the wet geometric mean diameter of aggregates in the loamy sand soils was significantly higher than that of the clay loam and sandy loam soils by nearly 91% and 12%, respectively. The wet mean weight diameter of aggregates in the soils treated by kerosene and gasoline was significantly lower than that of the crude oil- treated soils by nearly 32% and 8%, respectively. Furthermore, the wet geometric mean diameter of aggregates in the soils treated by kerosene and gasoline was significantly lower than that of the crude oil- treated soils by nearly 34% and 14%, respectively.

    Conclusion

    Generally, results indicated that the application of low levels of petroleum products significantly increased the wet and dry mean weight diameter of aggregates and geometric mean diameter of aggregates; whereas, high levels reduced the above-mentioned attributes. The results of this study can be used in both aspects of identifying and monitoring the properties of oil-contaminated soils for their remediation and making appropriate management decisions, as well as conservation of soils against the destructive erosion phenomenon.

    Keywords: clay loam, crude oil, gasoline, loamy sand, sandy loam
  • Behrooz Azh Baragoori&Lrm, Hasan Karimzadegan *, Mohsen Mohammadi, Fatemeh Shariati Feizabadi, Leila Ooshaksaraei Pages 47-68
    Background and Objectives

    Since water and soil are important components of the ecosystem ‎and their quality reduction affects the environment and agriculture, it is necessary to determine ‎the effects of pesticides on soil and water resources and determine their residual concentration ‎levels in the land. Agriculture, especially paddy fields, should be controlled and managed. ‎Therefore, the purpose of this study is to determine and evaluate the level of residual ‎concentrations of organophosphate pesticides in soil and water samples of Rudbar County and to ‎investigate their ecotoxicological status.‎

    Materials and Methods

    In this study, the multiplicity of 12 stations was determined using a ‎systematic random method in the paddy lands of Rudbar County. In total, 24 samples including ‎‎12 water samples and 12 soil samples were collected. Water sampling was performed in 1-liter ‎dark-colored bottles and soil sampling was performed from the surface layer according to the ‎standard method. All samples were transferred to a laboratory in a freezer containing dry ice. ‎Organophosphate pesticides were measured using the EPA 8041b standard method. All analyzes ‎were performed by gas chromatography with the mass detector in Aria Shimi Sharif Company. To ‎study the ecotoxicological status of pesticides, two databases named National Pesticide ‎Information Center and Pesticide Properties Database were used. The two databases are affiliated ‎with Oregon State University, the US Environmental Protection Agency, and the University of ‎Hertfordshire. Statistical analysis of the data included analysis of variance using one-way ‎ANOVA test, comparison of means using Duncan's test, correlation using Pearson's method, and ‎analysis of principal components using the covariance method.‎

    Results

    Based on the results, 11 organophosphate pesticides were identified in water and soil ‎samples of Rudbar paddy fields. Ethion in soil and Diazinon in the water had the highest residual ‎concentrations. Sheikh Ali Tues 1 and 2 and Mirzagolband 1 stations with the values of 4.55, ‎‎3.99 and 3.49 ug/kg had the highest amount of Ethion toxin residues in the soil. In addition, ‎Sheikh Ali Tues 2, Mirzagolband 1, and Halimeh-Jan stations with 3.96, 1.71, and 1.68 ug/L, ‎respectively, had the highest amount of Diazinon pesticide in water samples. The results showed ‎that the downstream lands in the area of Imamzadeh-Hashem compared to the upstream lands in ‎Rudbar city have a higher concentration and load of pollution. The mean concentration remaining ‎in soil samples (0.987 ug/kg) was higher than in water samples (0.304 ug/L). Based on the results ‎of pesticides Diazinon, Methyl Parathion, Azinphos Methyl, Malathion, and Ethion in the studied ‎stations showed a significant difference. A comparison of the mean residual concentrations of ‎pesticides with their physicochemical and ecotoxicological properties showed that in terms of ‎potential risk and toxicity for aquatic organisms, the concentrations of BetaMevinephos, ‎Malathion, and Azinphos Methyl pesticides were 0.043, 0.573, and 0.272 ug/kg, respectively. Has ‎been very high, which has put these pesticides in a situation of high and toxic danger to aquatic ‎organisms in the region.‎

    Conclusion

    Extreme use of pesticides on agricultural land has caused environmental problems. ‎As a result, monitoring and evaluation of pesticide residues in paddy fields are very important ‎because contaminated effluents are discharged directly from rice fields into rivers, depending on ‎several factors. Due to the high levels of residual concentrations of some organophosphate ‎pesticides in the region, it is necessary to hold training courses on farmers' familiarity with the ‎dangers of pesticides to prevent, control, and reduce pollution under the supervision of experts. ‎Also, to fight non-chemically against pests, it is suggested to use the Trichogramma bee in the ‎form of Trichocart to fight the rice stem-eating worm, colored traps, and attractants in paddy ‎fields.‎

    Keywords: Ecotoxicology, Organophosphate, Paddy field, Pesticide, Pollution‎
  • Seyed Mohammadreza Hosseini Vardanjani, Mojtaba Khoshravesh *, Masoud Pourgholam-Amiji, Fatemeh Atashkhar, Gholamreza Shamaei Pages 69-89
    Background and objectives

    The use of modern irrigation systems due to the increase in efficiency and productivity of water consumption is a basic solution compatible with water shortage conditions. The use of proper irrigation methods to maintain food safety and reduce water requirements is a global issue. The most important goals of the implementation of these systems are quantitative and qualitative protection of water and soil resources and sustainability of agricultural production.

    Materials and methods

    In this study, technical and hydraulic evaluation of seven new irrigation systems (integrated irrigation, Movable Sprinkler Solid-Set Irrigation Systems and Trickle Irrigation) implemented in Shahrekord, Bon and Saman cities in Chaharmahal and Bakhtiari province was performed. To evaluate integrated and Movable Sprinkler Solid-Set Irrigation Systems, Christiansen uniformity coefficient (CU), distribution uniformity (DU), potential application efficiency of low quarter (PELQ), application efficiency of low quarter (AELQ) in two block scales were experimented and the whole system were calculated. To evaluate drip irrigation systems, uniformity indices of water emission throughout the system (EU), potential application efficiency of low quarter (PELQ), application efficiency of low quarter (AELQ) were calculated.

    Results

    The results showed that the values of CU, DU, PELQ, AELQ indices for the tested block in integrated and Movable Sprinkler Solid-Set Irrigation Systems were equal to 68.6, 59.38, 46.85 and 58.56 and and for the system, 67.01, 58.48, 45.2 and 56.5. Was calculated. Also, EU, PELQ and AELQ index values for drip irrigation system were 55.62, 51.91 and 53.83. The results showed that the above systems have a good infrastructure and most of the problems of these systems are related to the phase of operation and maintenance of these systems by users.

    Conclusion

    The main problems of these systems that have led to a decrease in performance evaluation criteria are the deficit irrigation, lack of knowledge of users and lack of training on how to use the system properly (pressure regulation, periodic visits to the system, interest Correct and principled removal, etc.), changes in high pressure and uneven distribution in the system, changing the irrigation cycle, using more sprinklers and non-compliance with the proposed cultivation pattern in accordance with the design booklet and the use of drippers are inappropriate. Therefore, according to the comprehensive review, it is suggested that training courses should be given to farmers by changing the type of system from traditional to modern methods, and farms that are optimal in terms of exploitation should be identified and visited by others.

    Keywords: Evaluation, Combined Irrigation, uniformity coefficient, utilization
  • Mohsen Moslemzadeh, Hojat Karami *, Saeed Farzin, Iman Ahmadianfar Pages 91-111
    Background and Objectives

    Due to the scarcity of water resources and increasing human demand, the optimal operation of reservoirs has become one of the most important issues in the world. In this regard, the correct and optimal operation of dams is one of the most efficient tools for water resources management. Due to the large number of decision variables, relationships, and constraints in the problems, reservoir management, and optimization have many complexities. Therefore, many researchers in their research have paid special attention to this issue. In this research, a new algorithm namely Atom Search Optimization (ASO), which is derived from the concepts of molecular dynamics, will be developed for multi-reservoir water resource systems. On the other hand, failure to implement appropriate policies to protect the soil has led to an important phenomenon of erosion in the lands above the reservoirs, one of the negative consequences of which will be sedimentation. The transfer and accumulation of suspended sediments, in turn, will reduce the useful volume of the reservoir, which is neglected in most reservoir optimization issues. However, in this study, the optimal operation of a single reservoir dam is investigated by the Atom Search Optimization algorithm in terms of monthly sediment yield.

    Materials and Methods

    First, the performance of the atom search algorithm on mathematical benchmark functions will be investigated. Then, by performing sensitivity analysis to logically determine the effective coefficients of the algorithm and selecting the appropriate number of particles and the number of iterations of each operation, the performance of the algorithm on conventional systems of four and ten reservoirs is analyzed. In order to supply water downstream of Dez Dam, considering the important issue of monthly sediment flow in the reservoir, the atom search algorithm and four other common algorithms are used. The results are modified by selecting the objective function value criteria, RMSE, MAE, NSE, and PBIAS values and prioritized using TOPSIS and Modified-TOPSIS ranking techniques.

    Results

    The performance of the atom search algorithm on conventional systems of four and ten reservoirs is analyzed, which shows the results of 95.33% with an absolute optimal solution of four reservoirs, ie 308.29, and 89.67% with an absolute answer of ten reservoirs, 1194.44. Also, by comparing the atom search algorithm and four common Salp Swarm Algorithm (SSA), Sine Cosine Algorithm (SCA), Particle Swarm Optimization (PSO), and Genetic Algorithm (GA) in a single reservoir system under deposition, the absolute superiority of the ASO search algorithm was demonstrated.

    Conclusion

    The use of an atom search algorithm in solving optimization problems in the field of water resources management is recommended, especially in terms of the effectiveness of soil protection and sedimentation of reservoirs.

    Keywords: Atom Search Optimizer (ASO), Reservoir Sedimentation, TOPSIS, Multi-Reservoir Systems, Sensitivity analysis
  • Mahin Naderi *, Vahedberdi Sheikh, Chouoghi Bairam Komaki, Abdolreza Bahremand, Abdulazim Ghangermeh, Hamid Siroosi Pages 113-134
    Background and Objectives

    Determining the type, extent, and spatio-temporal changes of land use and land cover is very important in determining the hydrological characteristics of watersheds. Satellite data is the fastest and cheapest tools available to researchers in this regard. The study area in this study is Hablehroud watershed, whose flow decline over the past decades resulted in intensification of the conflict between the upstream (the Tehran province) and downstream (the Semnan province) stakeholders. Since, the land use change is considered one of the causes of the watersheds’ hydrological regime, this study aims detect, quantify, and predict the land use changes as well as to analyze the land surface vegetation cover in the Hablehroud watershed.

    Materials and Methods

    In this study, in order to identify the land use types of the Hablehroud basin, a supervised object-oriented classification of Landsat series images related to 1987, 2002 and 2019 was performed in Google Earth Engine software. To determine the classification performance, several ground truth points is required. In this study the ground truths were acquired through field visits and consultation of the high-resolution images of the Google map. The Markov chain and CA-Markov models within the MOLUSCE module, which is one of the software extensions of QGIS spatial information system software, wer used to simulate land use changes and analyze their dynamics in the study area. Moreover, the NDVI index was calculated to assess the spatio-temporal changes of the vegetation status of the study area through using the Google Earth Engine software.

    Results

    The results indicate that the classification method used in this research has an overall accuracy percentage of more than 88 and a Kappa coefficient of more than 0.86 in all the time periods investigated. It is also observed in 2019, compared to 1987, we see an increase in irrigated arable land by about 67.5 square kilometers, an increase in rainfed agricultural land by about 20 square kilometers and an increase in residential areas by about 21 square kilometers. However, the grade 1 and 2 rangelands have decreased, which is about 240 square kilometers in the grade 1 rangelands and about 196 square kilometers in the grade 2 rangelands. While the extent of the poor rangelands has increased by about 327 square kilometers. If this trend continues, during 2019 - 2051, the extent of the irrigated areas, poor and medium class rangelands will increase about 20, 50, and 50 square kilometers, while the extent of the good rangelands will decrease about 127 square kilometers. The extent of the residential lands will increase too. trend. The results also show a significant downward trend in the average NDVI index of the basin, indicating retrogression in the vegetation status of the basin. Vegetation retrogression is more intense around residential areas and rivers and downstream areas of the basin.

    Conclusion

    The study of land use change trends in Hablehroud basin shows that due to human interventions, in significant parts of the basin, natural vegetation has been replaced by agricultural, horticultural and residential areas. The quality of the dominant natural cover of the region (rangeland) has also undergone a significant retrogression process Therefore, due to population growth, urbanization and development of industries and tourism, sharp decline in the discharge of the Hablehroud basin and the spread of conflict between stakeholders in the region, it is suggested that the main focus of the policies and management measures should be on effective planning, especially the management and optimization of human interventions through the development and implementation of land management plans and optimization strategies and save water consumption in this watershed.

    Keywords: Remote sensing, Google earth engine, NDVI, Supervised Classification, Hablehroud Basin
  • Samira Ziaeifar, Hossein Khozeymehnezhad *, Hassan Alinezhad, Abdullah Darzi-Naftchali Pages 135-154
    Background and objectives

    Simultaneous improvement of water and nitrogen use efficiency in paddy fields is necessary to reduce the environmental- related issues. Rice, as one of the most important crop, provides the main food of more than half of the world's population. According to the latest available statistics, in the crop year 1396-97, the rice cultivated area the country was 622991 ha, which mainly belongd to the five provinces of Gilan (35.3%), Mazandaran (34.3%), Khuzestan (10.9%), Golestan (9.9%) and Fars (3.4%). Among different provinces, Mazandaran province is the main producer of rice in the country with the production of 1113715 tons of rice. Additionally, rice is the predominant crop in Mazandaran province.

    Materials and methods

    The required field data of Daylamani rice cultivar were obtained during two rice growing seasons (2011-2012) from one ha consolidated paddy field in Sari, Mazandaran province. Data from 2011 were used for calibration and data from 2012 were used for validation of the CERES-Rice model of DSSAT V4.7.5 software package. By using the validated model, the effect of different scenarios of water and nitrogen fertilizer management on water use efficiency (WUE), economic water use efficiency (EWP), physiological efficiency of nitrogen consumption for grain production (NUEg), harvest index and nitrogen harvest index (NHI) were evaluated. The calibrated model was then applied to evaluate the combined effect of three types of irrigation management including continuous flooding (I1), intermittent irrigation with 5 (I2) and 8 (I3) days irrigation frequency and six N fertilizer management treatments including N1 (50% at planting (P), 25% at tillering (T) and 25% at clustering (C)), N2 (25% at P, 50% at T and 25% C), N3 (25% at P, 25% C and 50% at T), N4 (fertilization at C), N5 (fertilization at T) and N6 (fertilization at P).

    Results

    The minimum (832 kg/ha) and maximum (3640 kg/ha) grain yield were obtained in I1N6 and I3N5, respectively. The simulations showed that the effect of fertilization time and type of irrigation were not independent of each other. I3N5 resulted in maximum HI (0.39), minimum soil evaporation (173.4 mm), maximum WUE (one kg/m3), maximum EWP (12×104 Rials/m3), minimum nitrate losses (52.47 kg/ha), the highest nitrogen fertilizer uptake (99 kg/ha), maximum NUEg (one) and minimum nitrogen stress (0.05). Also, the maximum NHI (0.37) belonged to the I2N5 treatment.

    Conclusion

    Based on the results, among the applied managements, according to the components of crop yield, harvest index, water productivity, EWP, NUEg, nitrogen uptake, nitrate leaching and NHI, 8 days irrigation frequency was the best option in terms of irrigation management. Also, the use of I3N5 treatment as a superior combined- treatment under both fertilizer and irrigation management in the present study is recommended in terms of water and N use efficiency in the paddy fields of the province.

    Keywords: Water management, CERES-RICE model, irrigation frequency, Rice yield, Nitrogen use efficiency