فهرست مطالب

حفاظت منابع آب و خاک - سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 46، زمستان 1401)

فصلنامه حفاظت منابع آب و خاک
سال دوازدهم شماره 2 (پیاپی 46، زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/18
  • تعداد عناوین: 10
|
  • مریم شرفی، محمود اکبری* صفحات 1-12
    زمینه و هدف

    نمک زدایی از آب شور و لب شور، به عنوان یک منبع نسبتا دایمی، راه حلی مطمین برای جبران کمبود آب است. فرآیند الکترودیالیز به عنوان یکی از روش های نمک زدایی، تقریبا آب بدون املاح را از آب شور جدا می کند و در حال تبدیل شدن به یک راه حل برای کمبود آب در سراسر جهان است. روش های مدل سازی، امکان بررسی کم هزینه نمک زدایی از آب شور و لب شور به روش الکترودیالیز و هم چنین پیش بینی رفتارها و الگوهای فرآیندی این سیستم ها را فراهم می کنند. هدف این تحقیق، مدل سازی فرایند الکترودیالیز با طراحی آزمایش ها و ارزیابی روش شبکه عصبی GMDH، در تخمین درصد جداسازی و میزان شار خروجی سلول الکترودیالیز آب لب شور است.

    روش پژوهش: 

    مقادیر جریان حجمی در شش سطح (1، 5/2، 5، 10، 15 و 20 میلی لیتر در دقیقه)، غلظت املاح در سه سطح (200، 500 و 1000 میلی گرم در لیتر)، دما در سه سطح (50، 60 و 70 درجه سانتی گراد)، ولتاژ در سه سطح (10، 20 و 30 ولت) و فشار در سه سطح (200، 400 و 800 پاسکال) استخراج گردید. به منظور مدل سازی میزان تاثیر هریک از ورودی های مذکور بر درصد جداسازی و میزان شار خروجی سلول الکترودیالیز آب لب شور، از طرح فاکتوریل کامل و شبکه عصبی GMDH استفاده شد. در مدل سازی خروجی سلول الکترودیالیز با استفاده از شبکه عصبی GMDH، پس از تعیین متغیرهای ورودی، تصادفی سازی، نرمال سازی و تقسیم بندی متغیر های ورودی و خروجی انجام شد. برای مدل سازی، 90 درصد داده ها (437 نمونه) بطور تصادفی به منظور آموزش و 10 درصد داده ها (49 نمونه) برای صحت سنجی در نظر گرفته شد. از طرفی با توجه به دارا بودن سطوح مشخص برای هر یک از ورودی ها، امکان استفاده از طرح آزمایشی فاکتوریل کامل نیز فراهم بود.

    یافته ها:

     نتایج جدول تجزیه رگرسیون خطی نشان داد بین کلیه اثرات ساده و متقابل تیمارها برای متغیرهای پاسخ درصد جداسازی و شار، اختلاف معنی داری در سطح یک درصد وجود دارد. با کاهش جریان حجمی و غلظت املاح و افزایش دما، ولتاژ و فشار، درصد جداسازی و شار خروجی افزایش معنی داری نشان دادند. نتایج مدل سازی با شبکه عصبی GMDH نیز در مرحله آموزش، دقت پیش بینی درصد جداسازی (90/0=R2، 16/0-=MBE و 48/7=RMSE) و میزان شار خروجی (79/0=R2، 001/0=MBE و 08/0=RMSE) را نشان داد. همین شاخص ها در مرحله صحت سنجی به ترتیب 85/0، 3- و 37/9 برای درصد جداسازی و 78/0، 008/0- و 07/0 برای میزان شار خروجی هستند. تطابق داده های هدف و خروجی، نزدیکی مقادیر هدف و خروجی به نمودار y=x، تخطی کم مقادیر خطا از مقدار صفر و نزدیکی توزیع (هیستوگرام) خطا به توزیع نرمال، حاصل شدند.

    نتایج

    پس از مشخص شدن اختلاف بسیار معنی دار کلیه اثرات ساده و متقابل تیمارها برای متغیرهای پاسخ، مقایسه میانگین ها صورت گرفت. بیشتر بودن هر دو متغیر پاسخ درصد جداسازی و شار خروجی، ایده آل هست. لذا نتایج مقایسه میانگین ها نشان داد بهترین سطح جریان حجمی برابر با 1 میلی لیتر بر دقیقه، غلظت جریان ورودی 200 میلی گرم بر لیتر، دمای 70 درجه سانتی گراد، ولتاژ ورودی 30 ولت و فشار 800 پاسکال، منجر به بیشترین درصد جداسازی و شار خروجی می شوند. ضمن این که با کاهش جریان حجمی و غلظت املاح، و افزایش دما، ولتاژ و فشار، درصد جداسازی و شار خروجی افزایش معنی داری نشان دادند. همچنین با توجه به شاخص های آماری برای کل داده ها، همبستگی مناسب، اندکی کم برآورد و خطای اندک به دست آمد. بنابراین استفاده از طراحی آزمایش ها و شبکه عصبی GMDH، در مدل سازی نمک زدایی از آب لب شور با استفاده از فرآیند الکترودیالیز، کارایی مناسبی دارد.

    کلیدواژگان: پایداری، روش های داده مبنا، شوری آب، غشای تبادل یونی
  • علیرضا چگنی زاده، حمیدرضا ربیعی فر*، حسین ابراهیمی، محمود ذاکری نیری صفحات 13-29
    زمینه و هدف

    بررسی تغییرات جریان در آینده از عوامل بسیار مهم در سیاست گذاری و تعیین راهبرد یک حوضه آبریز به شمار می رود. دو پارامتر تاثیرگذار بر جریان، تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی است. نحوه تاثیرگذاری این دو پارامتر بر روی جریان آب با توجه به اثری است که هر کدام بر روی چرخه هیدرولوژیکی ایجاد می کنند. پژوهش حاضر به بررسی و ارزیابی تاثیرات تغییر اقلیم و تغییر کاربری اراضی بر جریان سطحی در یکی از حوضه های آبریز در جنوب غرب ایران، کرخه، می پردازد. این حوضه آبریز به عنوان یکی از مهمترین و راهبردی ترین حوضه های آبریز جهت تامین امنیت غذایی و همچنین تولید برق، در ایران شناخته می شود.

    روش پژوهش: 

    پژوهش حاضر از مدل ارزیابی آب و خاک (SWAT) جهت بررسی تاثیر تغییراقلیم و کاربری اراضی بر حوضه آبریز کرخه استفاده کرده است. در مجموع 15 سناریو مورد بررسی قرار گرفته است. این سناریوها در ابتدا تغییرات بر روی هر کدام از اقلیم ها و کاربری های اراضی را به صورت جداگانه بررسی کرده و سپس تاثیر همزمان این دو پارامتر در بازه زمانی میان مدت بر جریان سطحی را مورد بررسی قرار می دهند. تغییرات در اقلیم با استفاده از سناریوهای RCP و مدل های گردش عمومی جو (GCM) برای دو GCM  متفاوت CMCC-CESMو MRI-CGCM3   در سری 4.5 و 8.5 در بازه زمانی میان مدت (2040 تا 2060) مورد بررسی قرار گرفته اند. تغییرات اعمال شده بر کاربری اراضی در دو حالت متفاوت بر اساس سیاستگذاری های آینده ایران است. تغییرات در این سیاست گذاری ها با استفاده از برنامه ششم توسعه، طرح 550 هزار هکتاری، طرح آمایش سرزمین از منظر کشاورزی و همچنین میزان افزایش جمعیت در منطقه با توجه به سناریوهای  ارایه شده در طرح پژوهشکده آمار ایران صورت گرفته است.

     یافته ها: 

    جهت کالیبراسیون مدل از 9 پارامتر و دو تابع هدف نش-ساتکلیف (NSE) و R2  در 6 ایستگاه هیدرومتری استفاده شده است. بر اساس یافته های این پژوهش بیشترین میزان حساسیت مدل به پارامتر CN2 است. در کالیبراسیون و اعتبارسنجی مدل، تمام ایستگاه ها مقادیر بالای 0.5 برای توابع هدف مورد نظر داشته اند. تغییرات در بارش و دما از دیگر یافته های این پژوهش است. بر اساس نتایج به دست آمده از آنالیز داده های بارش، در تمام ماه ها کاهش میزان بارش قابل مشاهده است و بیشترین میزان کاهش مربوط به فصل پاییز با کاهش 7.83 تا 8.23% است و بیشترین میزان کاهش مربوط به سناریو 8.5 است. 

    نتایج

    نتایج به دست آمده از تغییرات اقلیم نشان دهنده آن است که در بازه میان مدت بیشترین میزان تغییرات در سناریو RCP8.5 به دست می آید که شامل کاهش 14.3 تا 22.8% در میزان رواناب خواهد بود. نتایج به دست آمده از تغییرات کاربری اراضی بر اساس سیاست گذاری های آینده در ایران نشان دهنده کاهش حداکثری 7% در میزان رواناب متوسط ماهیانه است. در صورت بررسی همزمان تغییرات در اقلیم و کاربری اراضی بر روی میزان متوسط جریان می توان به این نتیجه رسید که در سناریو RCP8.5 بیشترین میزان تغییر رخ خواهد داد.

    کلیدواژگان: پاسخ هیدرولوژیکی، کرخه، مدلسازی حوضه آبریز، SWAT
  • علیرضا شکوهی*، هادی مدبری، حسین منجزی صفحات 31-49
    زمینه و هدف

    افزایش تقاضا برای مصرف آب باعث تشدید مناقشه ای پیچیده بین بخشهای کشاورزی، شرب و همچنین صنعت شده است. هدف اصلی این تحقیق بررسی تاثیر کاهش دبی رودخانه های ورودی به تالاب بر اساس دستورالعمل های زیست محیطی بر بیلان آب تالاب میباشد. با توجه به قرارگیری تالاب انزلی در پایین دست یک حوضه آبریز، تعیین حداقل جریان رودخانه های ورودی به آن به نحوی که بتوان زنده مانی و پویایی اکوسیستم پایین دست را تضمین نمود، ضروری می باشد.

    روش پژوهش: 

    در این تحقیق ابتدا جریان تنظیمی رودخانه براساس سناریوهای زیستمحیطی در روش های تنانت، تگزاس و انتقال منحنی تداوم جریان برآورد شدند، سپس تاثیر تخصیص دبی در هر سناریو بر بیلان آب تالاب و درنهایت حجم تالاب مورد بررسی قرار گرفت. به منظور محاسبه بیلان آب تالاب انزلی، تغییرات حجم تالاب در هرماه مشخص گردید. به منظور محاسبه تغییرات حجم تالاب در هر ماه لازم بود که حجم تالاب در دو ماه متوالی محاسبه شود. با توجه به دبی جریان زیست محیطی، تراز دریای خزر و تبخیر خالص در ماه اسفند و بر اساس معادله بیلان، حجم تالاب در ماه اسفند به عنوان شرایط اولیه محاسبه شد. سپس به ازای جریان زیست محیطی در مقیاس ماهانه، اختلاف تراز سطح آب تالاب با دریا بدست آمد. در مرحله بعد با توجه به مقادیر تراز سطح دریا، تراز سطح آب تالاب نیز محاسبه گردید. سپس بر اساس روابط سطح-حجم-ارتفاع مخزن تالاب، حجم تالاب نیز به دست آمد.

    یافته ها:

     نتایج نشان داد که بیشترین دبی جریان زیستمحیطی و به تبع آن بیشترین حجم تالاب از اعمال روش انتقال منحنی تداوم جریان و کمترین آن از اعمال سناریوی محافظه کارانه روش تنانت بدست می آید. ارزیابی حجم تالاب در سناریوهای تخصیص جریان برمبنای دستورالعمل های زیست محیطی تعریف شده برای رودخانه ها نشان داد که رهاسازی جریان در محدوده دبی های زیست محیطی قادر به تامین شرایط اکولوژیکی مناسب و همچنین شرایط مناسب برای گردشگری نمی باشد. لذا اتخاذ تصمیم در مورد هر نوع برداشت آب در بالادست نیازمند تحلیل جامع بیلان آب تالاب می باشد. با اعمال مدیریت صحیح مولفه های ورودی و خروجی در معادله بیلان تالاب، می توان تا حد امکان حجم آب تالاب انزلی را به مقداری رساند که بیشترین بهره وری اقتصادی از کارکردها و خدمات موجود در تالاب با درنظرگرفتن تمامی ذینفعان صورت پذیرد.

    نتایج

    مطالعه حاضر این نتیجه مهم را بدست می دهد که امکان بهره برداری از هیچیک از رودخانه های ورودی تالاب انزلی حتی با شرط رعایت ملاحظات زیست محیطی در رودخانه ها وجود نداشته و پیش از تصمیم گیری در مورد هرگونه بهره برداری و ساخت سدهایی همچون سد شفارود، لازم است واکنش تالاب بدان مورد ارزیابی دقیق قرار گیرد. به منظور کاربردی نمودن نتایج این تحقیق باید اذعان داشت که شناخت مولفه های بیلان و رعایت حقابه زیستمحیطی رودخانه های ورودی به تالاب انزلی به ویژه در مواردی که تالاب مشمول مقررات خاص و رقابت بهرهبرداران متعدد باشد، از اهمیت دوچندانی برخوردار است.

    کلیدواژگان: بیلان تالاب، برداشت مجاز، روش تنانت، روش تگزاس، GEFC
  • علی نومیری، امیر خسروجردی*، علی صارمی صفحات 51-64
    زمینه و هدف

    مخازن باید کاربری خود را پس از زمین لرزه های بزرگ حفظ و نیاز های حیاتی را رفع نماید و از سوی دیگر همین سازه ها باید به گونه ای رفتار کنند که در هنگام زلزله خود باعث آسیب رساندن نشود. از اینرو استفاده از بافلها یکی از روش های مناسب برای کاهش نیروهای اینرسی زلزله می باشند. ایده اصلی در سیستم های بافلها، کاهش فرکانس سازه و رساندن آن به مقداری کمتر از فرکانس های حاوی انرژی غالب زلزله می باشد. بافل های نصب شده درون مخازن آب می تواند در زمان زلزله مقدار قابل توجهی از شتاب زلزله را در بدنه و تاج مخزن کاهش دهند.

    روش پژوهش: 

    برای بررسی تاثیر دیواره های قایم و افقی نصب شده در مخازن ذخیر آب، با بکار گیری مدل عددی انسیس فلوینت، جریان اب درون مخازن شبیه-سازی شد. دو تیغه ی قایم و افقی برای این هدف طراحی شد. برای کاهش خطای اندازه مش در حل معادله جریان آب، از دو نوع مثلث و مربعی با سازه های مختلف استفاده شد. در نهایت به ازای شبیه سازی مدل عددی با در نظر گرفتن مش های مختلف، خطای مش در محاسبات برآورد شد.  همچنین برای راستی آزمایی مقادیر و نتایج بدست آمده از مدل عددی، مقادیر ارتفاع موج در مخزن در حالت بدون دیواره ی افقی با مطالعه های گذشته مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفت.  بنابراین، با افزایش شتاب زلزله در مدل عددی، مشخصات جریان به ازای شرایط مختلف مدل سازی عددی مورد بررسی قرار داده شد. جابجایی تاج مخزن و همچنین پارامتر بیشینه تنش برشی دیواره  ها در تاج مخازن در مدل های عددی برآورد.  همچنین مقدار شتاب در نقاط مختلف مخزن در زمان زلزله در گذر زمان از مدل عددی در حالت با و بدون دیواره استخراج شد. همچنین بعضی از پارامترهای هیدرولیکی در جهت مقایسه بین مدل حالت های وجود دیواره و عدم وجود دیواره استخراج شد و از جمله این پارمتر ها می توان به ارتفاع موج در طول زمان اشاره نمود.    

    یافته ها

    مقایسه ها بین مدل عددی انجام شده و مطالعات آزمایشگاهی گذشته نشان داد که مدل عددی ارایه شده در تحقیق حاضر دارای خطای محاسباتی قابل قبولی است و ارتفاع موج تشکیل شده در آزمایش های بدون دیواره در طول زمان در مخزن در زمان زلزله، دارای همخوانی قایل قبولی با مدل های آزمایشگاهی می-باشد.  همچنین نتایج بررسی مش بندی نشان داد که مش مربعی دارای خطای کمتری نسبت به مش مثلثی می باشد و با کاهش اندازه ی این مش، مقدارمتوسط 2/11 درصد، خطا کاهش پیدا خواهد کرد. علاوه بر این، نتایج تحلیل مش نشان می دهد که خطای مش مربع در مقایسه با شکل مثلثی تقریبا 11.2 درصد است. بنابراین مش مربعی به عنوان مش مورد نظر در جهت حل معادله جریان آب در مدل عددی در نظر گرفته شد. نتایج اولیه دیواره های نصب شده افقی و قایم درون مخازن نشان داد، به ازای حضور دیواره ها تلاطم آب درون مخزن در زمان زلزله به صورت چشمگیر کاهش پیدا خواهد کرد. همچنین پارامترهای از جمله جابجایی دیواره مخزن و تنش موجود در دیواره ها و شتاب مایع درون مخزن به صورت چشم گیری در طول زمان کاهش پیدا خواهند کرد. همچنین نوسانات این پارامتر ها در طول زمان کاهش پیدا خواهند کرد. نتایج نشان می دهد که تجهیز کردن مخازن به دیواره ای قایم وافقی تاثیر چشمگیری در بالابردن ضریب ایمنی دیواره مخازن آب دارد. همچنین تانک-های آب با دیواره های قایم نسبت به دیواره های افقی میزان جذب انرژی بیشتری را دارند و تاثیر این دیواره بر کاهش ارتفاع امواج درون مخزن و همچنین تاثیر کاهنده بیشتری در  میزان جابجایی در مخزن در زمان زلزله را دارد. 

    نتیجه گیری

    نتایج مدل عددی کالیبره شده با داده های آزمایشگاهی نشان داد،  مخزن مجهز به بافل قایم نیروی کنترلی و میرایی بیشتری نسبت به بافل افقی ایجاد می کند و عملکرد مناسبتری نسبت به دیوارهای افقی دارد و تلاطم سطح سیال مایع و به طبع فشار وارد به دیواره را کاهش می دهند. در نهایت به ازای افزایش ارتفاع آب در مخازن، می توان بیان نمود که میزان جذب انرژی توسط دیواره قایم و همچنین دیواره افقی نسبت به آزمایش های با ارتفاع کمتر آب، بیشتر است. همچنین مقایسه ها در طول زمان برای مقادیر عددی استخراج شده از مدل برای مقادیر جابجایی، تنش برشی و همچنین شتاب ایجاد شده در مایع در طول زمان در مدل های با دیواره نصب شده به مراتب در زمان کمتری به حالت اولیه بر می گردند در حالی که مدل های بدون دیواره زمان زیادی برای برگشت به حالت ایمن اولیه نیاز دارند.  کلید واژه: مخزن ، موج زلزله، استهلاک انرژی، نیروی هیدرودینامیک، مدل عددی

    کلیدواژگان: مخزن، موج زلزله، استهلاک انرژی، نیروی هیدرودینامیک، مدل عددی
  • محمود نبی زاده، علیرضا آستارائی*، امیر لکزیان صفحات 65-78
    زمینه و هدف

    با توجه به این که برخی از مناطق کشور مانند خراسان رضوی، اصفهان، کرمان و سایر استان ها آلوده به آرسنیک هستند، و از طرفی اکثر خاک های ایران با درجات مختلف شوری همراه بوده و کمتر عملیات مدیریتی زراعی مانند انتخاب گیاه مناسب و یا کاربرد اسیدهای آلی مانند اسید سالیسیلیک استفاده شده است، بنابراین این تحقیق با اهداف ذیل انجام شد:  1) بررسی تاثیر تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا در شرایط تنش شوری خاک، 2) بررسی تاثیر آلودگی آرسنیک در شرایط تنش شوری خاک، 3) بررسی تاثیر محلول پاشی اسید سالسیلیک بر گیاه کینوا کشت شده در خاک شور و  4) اثرات دوگانه و سه گانه تیمارهای آزمایشی بر برخی از خصوصیات کمی و کیفی گیاه کینوا.

    روش پژوهش: 

    این طرح بصورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی شامل فاکتور اول 1) خاک شاهد (بدون تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا ، 2) تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا ، فاکتور دوم دو سطح آرسنیک (صفر و40 میلی گرم برکیلوگرم) و فاکتور سوم محلول پاشی دو سطح اسید سالیسیلیک (صفر و 5/0 میلی مولار) به صورت گلدانی، در مجموع 24 گلدان با حجم 5000 سانتی متر مکعب روی گیاه کینوا رقم  Titicaca با سه تکرار انجام گردید. برای تهیه خاک شور فاقد آرسنیک از عمق صفر تا 30 سانتی متری از روستای قریه اره واقع در 45 کیلومتری جاده مشهد-سرخس نمونه برداری گردید. پس از خشک کردن با هوا و کوبیدن، نمونه ها با کمک الک دو میلی متری الک شده و سپس بخشی از آن ها به منظورتجزیه های اولیه به آزمایشگاه علوم خاک منتقل گردید. پس از آماده سازی خاک، 4 کیلوگرم خاک به هر گلدان منتقل گردید. سپس نمک آرسنیک (Na2AsHO4.7H2O) به مقدار 40 میلی گرم بر کیلوگرم خاک به گلدان ها اضافه و هم زده شد، پس از کشت گیاه کینوا رقم Titicaca، هنگامی که گیاهان به مرحله دوبرگی رسیدند، محیط کشت مایع حاوی باکتری سودوموناس در سه مرحله (با فواصل 5 روزه) اضافه شدند ومحلول پاشی گیاهان در مرحله 4 برگی با اسید سالیسیلیک طی 5 مرحله (با فواصل 6 روزه) انجام شد. سپس پارامترهای رنگیزه های فتوسنتزی (Lichtenthaler, 1987)، فعالیت آنتی اکسیدانی (Brand-Williams et al, 1995)، پرولین (Bates et al, 1973) و کاتالاز (Dhindsa et al, 1981)  برگ های تازه گیاه در آزمایشگاه خاکشناسی دانشگاه فردوسی انجام گردید.

    یافته ها

    نتایج تجزیه واریانس اثر متقابل سه گانه آرسنیک×اسیدسالیسیلیک ×باکتری نشان داد که اثر متقابل سه گانه برکاروتنویید در سطح 1 درصد (p< 0.01)، و بر مقادیر کلروفیلa، پرولین و فعالیت آنتی اکسیدانی درسطح 5 درصد (p< 0.05) معنی دارشدند.نتایج مقایسه میانگین اثر متقابل سه گانه سطوح آرسنیک، محلول پاشی اسیدسالیسیلیک و باکتری نشان داد که در سطح صفر آرسنیک+ محلول پاشی5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری نقش مثبت و معنی داری بر مقدار کلروفیل a (76/10 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 11/25+% و کاروتنویید (53/3 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 17/25+% نسبت به شاهد هر یک (خاک شور) افزایش نشان داد. همچنین حضور آرسنیک (40 میلی گرم بر کیلوگرم) + محلول پاشی 5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری موجب افزایش معنی دار پرولین (23/8 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 29/22+% نسبت به نمونه شاهد شد که اثرات مثبت محلول پاشی اسید سالیسیلیک و باکتری را در شرایط تنش شوری همراه با آلودگی آرسنیک در خاک نشان داد. آرسنیک (40 میلی گرم بر کیلوگرم) + محلول پاشی5/0 میلی مولار اسید سالیسیلیک + تلقیح باکتری افزایش معنی داری بر فعالیت آنتی اکسیدانی گیاه کینوا (03/45 میکروگرم بر گرم وزن تر) معادل 88/47+% نسبت به نمونه شاهد داشت.

    نتیجه گیری

    استفاده از باکتری سودوموناس پوتیدا و اسید سالیسیلیک می توانند با تنظیم سطوح متابولیت های مختلف آنزیم های آنتی اکسیدانی، متابولیت های ثانویه و ترکیبات کلات کننده فلز، تحمل گیاهان را در برابر تنش های شوری و فلزات سنگین افزایش دهند. در این تحقیق اسید سالیسیلیک در شرایط شوری طبیعی خاک (dS/m 16/8) باعث افزایش کلروفیل a، کاروتنویید، پرولین و فعالیت آنتی اکسیدانی به ترتیب به میزان 14+%، 6/9+%، 4/6+% و 7/8+% شد. از طرفی دیگر، درشرایط شوری طبیعی خاک (dS/m 16/8) با آلودگی 40 میلی گرم برکیلوگرم آرسنیک در خاک باعث افزایش شدید پرولین گیاه به میزان 65/20%  شده که منجر به افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی به میزان 02/38+% شده است. تلقیح باکتری سودوموناس پوتیدا به خاک شور آلوده به آرسنیک باعث افزایش پرولین گیاه به میزان 29/22+% و افزایش فعالیت آنتی اکسیدانی به میزان 88/47+% شده است که بهبود زیادی درمحتوای کلروفیل، کاروتنویید و فتوسنتز گیاه کینوا گردیده است.

    کلیدواژگان: آرسنیک، سالیسیلیک اسید، باکتری سودوموناس پوتیدا، کینوا
  • سید مهدی میرحسینی مقدم، سید مصطفی صادقی*، مجید عاشوری، ناصر محمدیان روشن، حمیدرضا درودیان صفحات 79-96
    زمینه و هدف

    یکی از راهکارهای کاهش مصرف کودهای شیمیایی و افزایش پایداری در کشت برنج، استفاده درست از آب آبیاری و ارقام مورد کشت می باشد. این پژوهش با هدف اثر مدیریت آبیاری و سطوح مختلف کود فسفر بر عملکرد و برخی صفات زراعی برنج در دو رقم هاشمی و گیلانه در استان گیلان انجام شد.

    روش پژوهش:

     این آزمایش به صورت کرت های دوبارخرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در طی سال های 1396 و 1397 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد لاهیجان واقع در روستای کته شال (در محدوده عرض جغرافیایی ´12°37 شمالی و طول جغرافیایی ´01°50 شرقی با ارتفاع متوسط 2/34 متر از سطح دریا) اجرا شد. تیمارهای مورد مطالعه در این تحقیق شامل رقم (برنج هاشمی و گیلانه) به عنوان عامل اصلی، فواصل آبیاری (غرقاب پیوسته، و متناوب با فاصله 5 و 10 روز) به عنوان عامل فرعی و میزان کود شیمیایی فسفر از نوع سوپرفسفات تریپل (50، 75 و 100 کیلوگرم در هکتار) به عنوان عامل فرعی- فرعی بود.

    یافته ها

    یافته نشان داد که اثرات ساده عوامل و اثرات متقابل دو و سه عاملی آن ها بر عملکرد شلتوک و آب نسبی برگ در سطح 1 درصد و بر شاخص کلروفیل در سطح 5 درصد معنی دار بود. مطابق اثر متقابل مدیریت آبیاری و کود مصرفی و رقم، بیشترین عملکرد شلتوک در سال اول، در رقم گیلانه و در فواصل آبیاری 5 روز و در سطوح کودی 50 و 100 کیلوگرم فسفر در هکتار به ترتیب 5362 و 5104 کیلوگرم در هکتار بود و در سال دوم، در رقم گیلانه و در فواصل آبیاری 5 روز در سطوح کودی 50 و 100 کیلوگرم فسفر در هکتار به ترتیب با میانگین 5355 و 5104 کیلوگرم در هکتار به دست آمد. بیشترین آب نسبی برگ در سال اول در رقم گیلانه و در فواصل آبیاری 5 روز با مصرف کودی 50 کیلوگرم فسفر در هکتار با میانگین 64/0 و در سال دوم، در رقم گیلانه و فواصل آبیاری 5 روز با سطوح کودی 100 کیلوگرم فسفر در هکتار با میانگین 66/0 بود. بر اساس اثر متقابل مدیریت آبیاری، کود مصرفی و رقم، بیشترین کلروفیل متر در سال 96، در رقم گیلانه و در مدیریت 5 روز و در سطوح کودی 50 کیلوگرم فسفر در هکتار با میانگین 7/41 بود. در سال 97، بیشترین کلروفیل متر در رقم هاشمی و مدیریت غرقاب و با مصرف 50 کیلوگرم کود فسفر، با میانگین7/40 به دست آمد. بیشترین شاخص سطح برگ در سال 96 و 97، در رقم گیلانه و در مدیریت آبیاری 5 روز با مصرف کودی 75 کیلوگرم فسفر در هکتار به ترتیب با میانگین 2/4 و 4/4 مشاهده شده است.

    نتایج

    اثر متقابل آبیاری، کود و رقم در سال های مورد مطالعه نشان داد که در هر دو رقم گیلانه و هاشمی، بیشترین عملکرد شلتوک در سطوح کودی 50 و 100 کیلوگرم فسفر در هکتار بود. براساس نتایج و با ملاک قرار دادن عملکرد شلتوک، استفاده از رقم گیلانه با فواصل آبیاری 5 روز و سطوح کودی 50 و 100 کیلوگرم فسفر در هکتار به عنوان مناسب ترین شرایط برای منطقه مورد مطالعه پیشنهاد می شود.

    کلیدواژگان: آب نسبی برگ، اوره، سرعت رشد گیاه، شلتوک، کلروفیل
  • علی اکبر کرموند، سید عباس حسینی*، احمد شرافتی صفحات 97-113
    زمینه و هدف

    در روش های اندازه گیری عوامل اثرگذار بر پدیده خشکسالی به صورت میدانی همواره چالش تفکیک مکانی و پیوستگی زمانی و همچنین نیاز به حضور نیروی انسانی کنترل کننده مطرح است. اما به علت توانایی سنجش از دور در اندازه گیری داده های خشکسالی در وسعت تمام سطح کره زمین و با قدرت تفکیک مکانی و زمانی قابل قبول، امروزه استفاده از سنجش از دور در کنترل و رصد خشکسالی بیش از پیش گسترش یافته است و به ابزاری قدرتمند در دست کارشناسان تبدیل شده است. در این پژوهش با استفاده از داده های سنجش از دور بر مبنای دو مولفه رطوبت خاک سطحی و شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده (EVI)، شاخص خشکسالی کشاورزی جدیدی به نام (SMADIN) پیشنهاد شده است.

    روش پژوهش: 

    در راستای هدف تولید شاخص خشکسالی بر مبنای رطوبت خاک، از داده های رطوبت خاک مربوط به اندازه گیری های تا عمق 5 سانتیمتری به روش سنجش از دور ماهواره SMAP ، موسوم به داده های رطوبت خاک سطحی استفاده شد. این داده ها پیش از استفاده، با داده های روزانه رطوبت خاک میدانی تهیه شده توسط سازمان هواشناسی کشور در بازه 250 روزه اعتبار سنجی شده است. خطای مرحله اعتبار سنجی به روش خطای جذر میانگین مربعات بین داده های ماهواره ای اندازه گیری های روزانه انجام شد. بعلاوه شاخص EVI از روش محاسبه برخط داده های اندازه گیری ماهواره TERRA و سنجنده MODIS بدست آمده است. در نهایت به روش تحلیلی، رابطه شاخص خشکسالی بر اساس رطوبت خاک سطحی پیشنهاد شده است. جهت مقایسه عملکرد این شاخص در شرایط آب و هوایی مختلف دو منطقه نمونه که یکی نماینده آب و هوای خشک و دیگری نماینده آب و هوای مرطوب بودند انتخاب شد. ماتریس همبستگی به روش پیرسون برای شاخص خشکسالی کشاورزی SMADIN در مقابل شاخص سلامت پوشش گیاهی VHI رسم گردید و در خصوص نتایج بحث و بررسی انجام شد. 

    یافته ها

    نتایج اعتبارسنجی نشان داد که رطوبت خاک اندازه گیری شده به روش میدانی در مناطق با کاربری اراضی مشابه در مقابل اندازه گیری سنجش از دور، دارای میانگین خطا جذر میانگین مربعات m^3/m^3  05/0 بوده است. نتایج تحقیق نیز نشان می دهد شاخص خشکسالی کشاورزی جدید در مقابل شاخص VHI، در منطقه با آب و هوای مرطوب تا میزان 96% و در منطقه خشک 98% همبستگی دارد. بعلاوه مقایسه 5 ساله سری زمانی SMADIN و VHI در منطقه مورد در اوج ها و کمینه ها و فراز و فرودها همزمانی دیده می شود.

    نتایج

    در این پژوهش یک شاخص خشکسالی کشاورزی بر مبنای رطوبت خاک پیشنهاد شد. به اعتقاد نویسندگان این پژوهش در سال های اخیر که عمر ارایه داده های ماهواره SMAP بیشتر از 7 سال شده است، امکان استفاده از این شاخص در مطالعات آتی وجود دارد. با در نظر گرفتن خطای احتمالی داده های SMAP و TERRA در تامین ورودی های شاخص خشکسالی، پیشنهاد می شود این شاخص در مطالعات آتی در مناطق خشک مانند مناطق مرکزی و جنوبی کشور بیشتر  استفاده گردد.

    کلیدواژگان: شاخص خشکسالی کشاورزی، خشکسالی، رطوبت خاک، سنجش از دور، شاخص پوشش گیاهی
  • کیومرث روشنگر*، محمدتقی اعلمی، حسن گل محمدی صفحات 115-131
    زمینه و هدف

    کاهش سطح تراز آبی دریاچه ارومیه و اثرات آن بر محیط پیرامون این دریاچه از موضوعات و چالش های مهم ملی و بین المللی در دو دهه اخیر بوده است. براساس مطالعات صورت گرفته یکی از مهمترین عامل اثرگذار بر این روند کاهشی، افزایش برداشت به-ویژه جهت امور کشاورزی بوده است. برهمین اساس هدف پژوهش حاضر شبیه سازی وضعیت آینده منابع آب حوضه دریاچه ارومیه، تحت تاثیر مساحت کاربری های کشاورزی جهت برنامه ریزی بهتر آینده منابع آب این حوضه می باشد.

    روش پژوهش:

     به این منظور، نخست داده های تصاویر ماهواره ای لندست در بازه زمانی سال 2000 الی 2020 به کمک الگورتیم SVM در نرم افزار ENVI5.3 طبقه بندی و صحت طبقه بندی با استفاده از الگوریتم Kappa Coefficient سنجیده شد. در ادامه آمارها و اطلاعات مربوط به تغییر الگوی کشت (از زراعی به باغی) و منابع آب ورودی به دریاچه ارومیه محاسبه گردید. درگام بعد با استفاده از دو روش LCM, CA-MARKOV شبیه سازی تغییرات کاربری اراضی برای سال 2030 و 2040 انجام شد و در نهایت پس از مشخص نمودن میزان تغییرات هریک از کاربری ها، میزان آب مورد نیاز جهت امور کشاورزی در حوضه آبریز با استفاده از مدل NETWAT شبیه سازی شد.

    یافته ها

    نتایج حاصل از بررسی ها نشان داد که مساحت دو کاربری کشاورزی آبی و باغ به ترتیب از 1450 و 395 کیلومترمربع در سال 2000 به بیش از 3600 و 1650 کیلومترمربع در سال 2040 افزایش خواهد یافت. همین امر باعث افزایش میزان آب مورد نیاز جهت امور کشاورزی از 1500 میلیون مترمکعب در سال 2000 به بیش از 4100 میلیون مترمکعب در سال 2040 خواهد شد.

    نتایج

    به کاربری کشاورزی آبی از سال 2000 تا 2020 به میزان Km2 1253.05 افزوده شده که طبق پیش‫بینی به روش مارکوف این میزان در سال 2040 به Km2 2049.54 می‫رسد، که میزان مصرف آب را 1 میلیارد و 473 میلیون مترمکعب افزایش می‫دهد. به کاربری باغات از سال 2000 تا 2020 به میزان Km2 688.02 افزوده شده که طبق پیش‫بینی به روش مارکوف  این میزان در سال 2040 به Km2 1276.14 می‫رسد، که میزان مصرف آب را 703 میلیون مترمکعب افزایش می‫ دهد. به کاربری دیم از سال 2000 تا 2020 به میزان Km2 367.06 افزوده شده که طبق پیش‫بینی بروش مارکوف  این میزان در سال 2040 به Km2 531 می‫رسد، که میزان مصرف آب را MCM 253 افزایش می‫دهد.

    کلیدواژگان: تغییرات کاربری اراضی، مصرف آب، سلول های خودکار، زنجیره مارکوف، حوضه دریاچه ارومیه
  • فاطمه شیرانی تبار، مژگان احمدی ندوشن* صفحات 133-147
    زمینه و هدف

    خاک یکی از منابع طبیعی بسیار مهم است که تامین بیش از 97 درصد نیازهای غذایی بشر را به عهده دارد. ماده آلی خاک یکی از فاکتورهای مهم کیفی خاک است که بر ویژگی های فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک تاثیر زیادی دارد. مدلسازی و تهیه نقشه ویژگی های خاک برای بسیاری از کاربردهای محیط زیستی، اقلیمی، اکولوژیکی و هیدرولوژیکی ضروری است. هدف این مطالعه مدل سازی پراکنش ماده آلی و کربن آلی خاک با استفاده از تصاویر ماهواره ای سنتینل 2 و مدل جنگل تصادفی و کریجینگ در شهرستان لنجان است.

    روش پژوهش: 

    در این مطالعه ، نقشه های رقومی چهار پارامتر اصلی خاک شامل کربن آلی خاک، مواد آلی خاک، هدایت الکتریکی و اسیدیته خاک با استفاده از روش جنگل تصادفی و کریجینگ در محدوده شهرستان لنجان تهیه شد. براساس واحدهای زمینی همگن، در مجموع 110 نقطه در محدوده منطقه مورد مطالعه تعیین و از عمق 0 تا 30 سانتی متری سطح خاک در این نقاط اقدام به نمونه برداری شد. نمونه برداری در تیرماه 1400 انجام گرفته و تصاویر ماهواره ای سنتینل-2 نیز از همین ماه دریافت شد زیرا در این ماه به علت ابر کمتر و افزایش بازتاب مستقیم از سطح خاک، اطلاعات بهتری دسترس قرار می گیرد. به علاوه از 16 متغیر محیطی تاثیرگذار بر پراکنش پارامترهای خاک استفاده شد. متغیرهای کمکی مختلف از جمله NDVI، NDWI، DEM، Slope که همگی به صورت مستقیم یا غیر مستقیم از تصاویر ماهواره ای استخراج شده بود برای پیش بینی استفاده شد.

    یافته ها: 

    نقشه های به دست آمده از روش جنگل تصادفی از صحت بسیار بهتری نسبت به روش کریجینگ برخوردار بوده است. نقشه ی پهنه بندی تهیه شده با استفاده از روش جنگل تصادفی جزییات بسیار بیشتری را نسبت به نقشه کریجینگ نمایش می دهد. خروجی مدل جنگل تصادفی با ترکیب متغیرهای کمکی مختلف به ترتیب مقادیری معادل 312/0، 54/0، 73/0و 16/0 از خطای مدل سازی کربن آلی، مواد آلی، هدایت الکتریکی و اسیدیته خاک را نشان داد. در منطقه مورد مطالعه، مقادیر بیشینه کربن آلی و مواد آلی خاک در کاربری شهری  و بیشترین مقدار هدایت الکتریکی و اسیدیته خاک در زمین های کشاورزی مشاهده شد. مهم ترین متغیرهای موثر بر توزیع فضایی کربن آلی و مواد آلی خاک clay، slope و silt بودند. در حالی که در مدل سازی هدایت الکتریکی، silt، BI و Aspect و در مدل سازی اسیدیته متغیرهای MNDWI، NDWI و DEM مهم تر از سایر متغیرها ثبت شدند.

    نتایج

    به طور کلی این مطالعه نشان داد که مدل های رگرسیون کاربری اراضی براساس روش جنگل تصادفی می تواند به ترسیم سریع تر و کارآمدتر پارامترهای خاک کمک کند. نیاز به روش های کارآمد و دقیق، از جمله رگرسیون کاربری اراضی، برای نظارت مستمر بر تغییرات کیفیت خاک در سیماهای سرزمین های مختلف به شدت وجود دارد. رگرسیون کاربری اراضی می تواند به توسعه نقشه های پیشرفته پارامترهای کیفیت خاک با استفاده از اطلاعات مکانی مقرون به صرفه و در دسترس کمک کند.

    کلیدواژگان: کریجینگ، رگرسیون کاربری اراضی، مدل جنگل تصادفی، تصاویر ماهواره ای سنتینل-2، کربن آلی خاک
  • علی عبدزادگوهری* صفحات 149-163

    کشاورزی اصلی ترین و مهم ترین منبع تامین مواد غذایی در دنیا به شمار می رود، از این رو نقش به سزایی در ایجاد تعادل در امنیت غذایی، اجتماعی و حتی سیاسی کشورهای جهان دارد. یکی از موثرترین راهکارهای مقابله با بحران آب و افزایش کمی و کیفی تولیدات در بخش کشاورزی، توجه جدی به بهره وری آب کشاورزی و ارتقای آن با اعمال روش ها و سیاست های حکیمانه و کارآمد می باشد. ارتقای بهره وری آب، نیازمند مدیریتی هوشمندانه است که ابزارها و روش ها را به خوبی شناسایی کند و با توجه به شرایط، بهترین آن ها را انتخاب و تلاش های لازم را در استفاده از آن ها فراهم نماید. مدیریت آبیاری با رویکرد استفاده مناسب از منابع آب می تواند به عنوان نوعی مدیریت آب در مزرعه به افزایش سطح زیر کشت و مصرف بهینه کمک کند. در ایران، بقولات در تامین انرژی افراد جامعه نقش به سزایی دارند و سعی شده است که افزایش بهره وری مصرف آب با مساله تولید و خودکفایی کشور متناسب باشد. تعیین و تحلیل شاخص ها و ظرفیت های بهره وری آب می تواند راهکار مناسبی جهت سیاست گذاری های درست برای تولید محصول بادام زمینی در راستای حصول حداکثر سود، توسعه پایدار، امنیت تولید و اشتغال و موجبات صادرات و ارزآوری با توجه به پتانسیل بالای آن شود. اما در این میان نمی توان تنها به بهره وری مصرف آب در جهت تعیین مصرف اکتفا کرد. پژوهش حاضر، ارتباط مقدار آب مصرفی و عملکرد محصول، تاثیر کم آبیاری بر عملکرد و اثر روش های مختلف آبیاری و بهره وری مصرف آب در بادام زمینی، شاخص برداشت در شرایط آبیاری کامل و تنش آبی و همچنین اهمیت مدیریت های مختلف آبیاری در زمان کمبود آب در بادام زمینی را به صورت تفضیلی ارایه می نماید.

    کلیدواژگان: دانه روغنی، بهره وری، مدیریت آب، شاخص برداشت
|
  • Maryam Sharafi, Mahmood Akbari * Pages 1-12
    Background and Aim

    Desalination of saline and brackish water as a relatively permanent resource is a reliable solution to compensate for water shortages. The Electrodialysis process, as one of the desalination methods, separates almost unsalted water from saline water and is becoming a solution for water scarcity all over the worldworldwide. Modeling methods allow provide the study of desalination of saline and brackish water by the Electro Dialysisdialysis, as well as predicting the behaviors and process patterns of these systems.  The purpose of this study is to model the Electrodialysis process by Design of Experiments and to evaluateing the GMDH neural network method in estimating the separation percentage and the output flux of the brackish water Electrodialysis cell.

    Method

    The volumetric flow values in six levels (1, 2.5, 5, 10, 15, and 20 mL min-1), solute concentration in three levels (200, 500, and 1000 mg L-1), temperature in three levels (50 , 60, and 70°C), voltage at three levels (10, 20, and 30 V) and pressure at three levels (200, 400, and 800 Pa) were extracted. In order to model the effect of each above inputs on the separation percentage and output flux of brackish water Electrodialysis cells, The full factorial design and the GMDH neural network were are used to model the effect of each above inputs on the separation percentage and output flux of brackish water Electrodialysis cells. In modeling the output of the Electrodialysis cell output using the GMDH neural network, after determining the input variables, randomization, normalization and segmentation of input and output variables were performeddone. For modeling, 90% of the data (437 samples) were randomly assigned for training and 10% of the data (49 samples) were are used for validation. On the other hand, due to having specific levels for each of the inputs, it was possible to use a Full Factorial experimental design.

    Results

    The linear results of statistical regression analysis table results showeshowd that there is a significant difference between all simple and interaction effects of the treatments for the response variable of separation percentage and flux at the one percent level. With decreasing volume flow and solute concentration, and increasing temperature, voltage, and pressure, the separation percentage and output flux showed a significant increase. The results of modeling with the GMDH neural network showed demonstrates that in the training step, the prediction accuracy of separation percentage (R2=0.90, MBE=-0.16 and RMSE=7.48) and flux (R2=0.79, MBE =0.001 and RMSE=0.08).  The These criteria same values in the testing step were are 0.85, -3, and 9.37 for separation percentage and 0.78, -0.008, and 0.07 for flux. Correlation of target and output data, proximity of target and output values to y = x diagram, low transgression of error values from zero value and proximity of error distribution (histogram) to normal distribution were obtained.

    Conclusion

    After determining the significant differences of all simple and interaction effects of treatments for response variables, the means were compared. It is ideal to Hhaveing more separation percentage and output flux response variables was ideal. Therefore, the results of comparing the means showed illustrate that the best volumetric flow level equal to 1 ml / min, input flow concentration of 200 mg / l, temperature of 70 ° C, input voltage of 30 volts and pressure of 800 Pascals, lead to the highest separation percentage and output flux. In addition, with decreasing volumetric flow,  and decreasing solute concentration, and increasing temperature, increasing voltage and increasing pressure, separation percentage and output flux showed a significant increaserise. Also, according to the statistical indicators for the whole data, appropriate correlation, slightly underestimation, and small error were are obtained. ThereforeThus, using the Design of Experiments and GMDH neural network has suitable accuracy for modeling desalination of brackish water using the Electrodialysis process.

    Keywords: Sustainability, Data-driven methods, water salinity, Ion exchange membrane
  • Alireza Chegnizadeh, Hamidreza Rabieifar *, Hossein Ebrahimi, Mahmoud Zakeri Nayeri Pages 13-29
    Background and Aim

    Investigating future flow changes is a very important factor in policy-making and determining the strategy of a catchment. Two very important parameters affecting the flow are climate change and land use change. How these two parameters affect the water flow is due to the effect that each of them has on the hydrological cycle. The present study investigates and evaluates the effects of climate change and land use change on surface flow in one of the catchments in southwestern Iran, Karkheh. This catchment is known as one of the most important and strategic catchments for food security and electricity generation in Iran. This catchment is one of the most critical and strategic catchments for providing food security and electricity generation in Iran.

    Method

    The present study uses the soil and water assessment model (SWAT) to investigate the impact of climate change and land use on the Karkheh catchment. A total of 15 scenarios have been studied. These scenarios, firstly investigate the changes on each climate and land uses separately, and then the simultaneous impact of these two parameters in the mid-term on the surface flow is analyzed. Climate change has been studied using RCP scenarios and general atmospheric circulation (GCM) models for two different GCMs, CMCC-CESM and MRI-CGCM3 in the 4.5 and 8.5 series over the mid-term (2040 to 2060). The changes applied to land use in two different cases are based on Iran's future policies. Changes in these policies have been made using the Sixth Development Plan, the 550,000-hectare Plan, the Land Management Plan from an agricultural perspective, and the population growth rate in the region according to the scenarios considered in the plan of the Statistics Research Institute of Iran.

    Results

    To calibrate the model, 9 parameters and two objective functions NSE and R2 were used in 6 hydrometric stations. Based on the findings of this study, the highest sensitivity of the model is to the CN2 parameter. In model calibration and validation, all stations have values above 0.5 for the intended objective functions. Changes in precipitation and temperature are other findings of this study. Based on the results obtained from the analysis of precipitation data, a decrease in precipitation is visible in all months, and the highest drop is related to the autumn season, with a decline of 7.83 to 8.23%, and the lowest reduction is dedicated to 8.5 scenario.

    Conclusion

    The results of climate change illustrate that in the mid-term, the most changes will be achieved in the RCP8.5 scenario which include a 14.3 to 22.8% reduction in runoff. The results obtained from land use changes based on future policies in Iran show a maximum decrease of 7% in the average monthly runoff. If the changes in climate and land use are studied simultaneously based on the average flow rate, it can be concluded that in the RCP8.5 scenario, the most change will occur.

    Keywords: Hydrological response, Karkheh, Watershed Catchment Modeling, SWAT
  • Alireza Shokoohi *, Hadi Modaberi, Hossein Monjazi Pages 31-49
    Introduction

    Rising demand for water consumption has exacerbated complex conflicts between the agricultural, drinking, and industrial sectors. The main purpose of this study is to investigate the effect of reducing the discharge of rivers entering the wetland based on environmental guidelines on the water balance of the wetland. Due to the location of Anzali Wetland in the downstream of a catchment, it is necessary to determine the minimum flow of incoming rivers in such a way as to ensure the survival and dynamism of the downstream ecosystem.

    Methods

    In this study, the regulatory flow of the river is estimated based on environmental scenarios in Tenant, Texas, and transfer continuity curves, then the effect of discharge allocation in each scenario on the water balance of the wetland, and finally, the volume of the wetland is investigated. To calculate the water balance of the Anzali wetland, changes in the volume of the wetland per month are identified. To calculate the changes in the volume of the wetland in each month, it is necessary to calculate the volume of the wetland in two consecutive months. According to the discharge of environmental flow, the level of the Caspian Sea, and net evaporation in March and based on the balanced equation, the volume of the wetland in March is calculated as the initial conditions. Then, for the environmental flow on a monthly scale, the difference in elevation between the water level of the wetland and the sea is obtained. In the next step, according to the sea level values, the wetland water level is also calculated. Afterward, based on the surface-volume-height relationships of the wetland reservoir, the volume of the wetland is additionally obtained.

    Results

    The results showed that the highest discharge of environmental flow and consequently the highest volume of the wetland is obtained by applying the flow continuity curve transfer method and the lowest is obtained by applying the conservative scenario of the tenant method. Evaluation of wetland volume in flow allocation scenarios based on environmental guidelines defined for rivers demonstrates that the release of flow in the range of environmental discharges is not able to provide suitable ecological conditions as well as appropriate status for tourism. Therefore, deciding on any water withdrawal from the upstream requires a comprehensive analysis of the swamp water balance. By applying the correct management of input and output components in the water balance equation of the wetland, it is possible to increase the volume of water in the Anzali wetland to the extent that the maximum economic benefit of the functions and services in the wetland can be done by considering all stakeholders.

    Conclusion

    The present study gives the important conclusion that it is not possible to exploit any of the rivers entering Anzali Wetland, even if environmental considerations are observed, and before deciding on any operation and construction of dams such as Shafarood Dam, it is essential to analyze the response of the swamp, accurately. To make the results of this study practical, it should be acknowledged that recognizing the balance components and observing the ecological water content of the rivers entering the Anzali Wetland are doubly important, especially in cases where the wetland is subject to special regulations and competition of multiple users.

    Keywords: Wetland water balance, Permitted withdrawals, Tennant method, Texas Method, GEFC
  • Ali Nomiri, Amir Khosrojerdi *, Ali Saremi Pages 51-64
    Background and Aim

    Tanks structures must maintain their applications after large earthquakes, and on the other hand, these structures must behave in a way that does not cause damage during an earthquake. Therefore, the application of the baffles is one of the suitable methods to tackle with earthquake inertial forces. The main idea in baffle systems is to reduce the frequency of the structure and bring it to a value less than the frequencies containing the dominant earthquake energy. Baffles installed inside water tanks can reduce a significant amount of earthquake acceleration in the body and crest of the tank during an earthquake.

    Method

    In order to investigate the effects of the vertical and horizontal plates adjusted through the reservoir tanks, the flow characteristics were simulated by employing the CFD (Ansys Fluent). Two vertical and horizontal plate were designed for this purpose. To decreasing the error of mesh sizes, the different mesh sizes with different types of the meshes were employed and the results of the simulation were compared together to find out the suitable mesh geometry. Moreover, to validate the numerical model, the height of the water waves was compared by the past literature to make sure of the suitable numerical model. Thus, by increasing the earthquake accelerin in the numerical model, the flow properties were investigated according to the different conditions of the numerical modeling.. Displacement and shear stress at the top of the tanks were measured through the numerical models due to different tests condition in controlled and uncontrolled statuses. Furthermore, the conducted acceleration through the tank liquid was measured over the time for different numerical models. Some hydraulic parameters were considered for comparison through the discussion section such as water surface elevation so these parameters were extracted from the numerical results by the software advices.  

    Results

    The comparison between numerical results and past studies indicated that the presented numerical model has acceptable error and the elevation of the water waves through the tanks has good agreement with experimental pasts models through the literatures. Furthermore, the results of the mesh analysis showed that the error of the square mesh is approximately 11.2 percent compared to the triangular shape. As a result, the squire mesh with less sizes were considered to solve the flow’s equation through the numerical model. The initial results of the vertical and horizontal baffles illustrated that presence of the baffles can significantly reduce the fluctuation of the displacement, shear stress and liquid acceleration over the time. And the agitations of tests function over the time were tended to the less values compared by the initial time. The results indicate that equipping the tanks with baffle systems has a good performance on safety and improving the dynamic behavior of the tanks and this approach has a significant effect on the displacement and acceleration responses of the studied tank. Tanks with vertical baffles will perform better due to higher energy absorption. Also, as the water depth in the reservoir increases, the amount of energy dissipation for the reservoirs were decreased.

    Conclusion

    The results of the numerical model calibrated with experimental data showed that the tank equipped with the vertical baffle produces more control force and damping than the horizontal baffle and has a better performance than the horizontal walls, furthermore, they reduce the pressure on the wall. Also, the results indicate that equipping the tanks with baffle systems can increase the safety through the tanks and improving the dynamic behavior of the tanks. Finally, the tanks with vertical baffles had better perform to absorption of the energy. Also, as the water depth in the reservoir increases, the amount of energy dissipation for the reservoirs were decreased. Comparison over the time among the extracted data from numerical model showed that due to passed time, the fluctuation of the investigated parameters such as displacement and shear stress of the top of the tank attained less values which can show that the controlled tank has much stability along the earthquakes.

    Keywords: Tanks, Earthquake wave, Energy Deprecation, Hydro dynamic Force, Numerical Model
  • Mahmood Nabizade, AliReza Astaraei *, Amir Lakzian Pages 65-78
    Introduction

    Due to the fact that some of the country's regions, such as Khorasan Razavi, Isfahan, Kerman, etc., are contaminated with arsenic (As), and on the other hand, most of Iran's soils are associated with different degrees of salinity and few agricultural management operations like plant selection or applying organic acids such as salicylic acid (SA) have been used, therefore, this research is conducted with the following objectives 1) Investigate the effect of Pseudomonas putida (P. Putida) bacteria inoculation in soil salinity stress conditions, 2) Investigate the effect of arsenic pollution in soil salinity stress conditions, 3) Investigate the effect of salicylic acid foliar application on cultivated quinoa plant in saline soil and 4) Dual and triunal effects of experimental treatments on some quantitative and qualitative characteristics of the quinoa plant (Titicaca cultivar).

    Methods

    A completely randomized design (factorial), including the first factor 1) control soil (no inoculation of Pseudomonas putida bacteria, 2) inoculation of Pseudomonas putida bacteria, the second factor: two levels of arsenic (0 and 40 mg/kg) and the third factor: foliar spraying of two levels of salicylic acid (0 and 0.5 mM) in total of 24 pots with a volume of 5000 cubic centimeters were prepared to apply the desired treatments in three replications. To provide saline soil without arsenic, samples are taken from the depth of 0 to 30 cm from Areh village located 45 km of Mashhad-Sarkhos Road. After air-drying and pounding, the samples are sieved with a two-millimeter sieve, and then part of it is moved to the soil science laboratory for preliminary analysis. After preparing the soil, 4 kg of soil is transferred to each pot. Then arsenic salt (Na2AsHO4.7H2O) is added to the pots with the amount of 40 mg/kg of soil. After quinoa plant cultivation, Titicaca variety, when the plants reached the two-leaf stage, the liquid culture medium containing Pseudomonas bacteria is added in three stages (with 5 days intervals). In the following, the plants are sprayed with salicylic acid solution at the 4-leaf stage in 5 stages (with 6 days intervals). Subsequently, the parameters of photosynthetic pigments’ (Lichtenthaler, 1987) antioxidant activity, (Brand-Williams et al, 1995), proline (Bates et al, 1973) and catalase (Dhindsa et al, 1981) of plants’ new leaves are carried out in the soil science laboratory of Ferdowsi University.

    Results

    The results of the analysis of variance of the triple interaction effects of arsenic × salicylic acid × bacteria illustrate that the triple interaction effect on carotenoid is significant at the level of 1% (p<0.01), and the values of chlorophyll a, proline and antioxidant activity are significant at the level of 5% (p<0.05).The results of comparing the average of the triple interaction effects of arsenic levels, salicylic acid and bacteria show that at the zero level of arsenic + spraying solution 0.5 mM salicylic acid + the presence of bacteria can have a positive and significant role on the amount of chlorophyll a (10.76 micrograms per gram of fresh weight) equivalent to +25.11% and carotenoid (3.53 μg/g fresh weight) equal to +25.17 % compared to the control samples (soil with salinity stress). Also, the presence of arsenic (40 mg/kg) + 0.5 mM salicylic acid solution spraying + the presence of bacteria caused a significant increase in proline (8.23 μg/g fresh weight) equivalent to +22.29% compared to the control samples, which demonstrates the positive effects of spraying salicylic acid and bacteria in the conditions of salinity stress with arsenic contamination in the soil. Arsenic (40 mg/kg) + 0.5 mM salicylic acid solution + the presence of bacteria shows a significant rise in the antioxidant activity of quinoa plant (45.03 μg/g fresh weight) equivalent to +47.88% compared to the control sample.

    Conclusion

    The application of Pseudomonas putida bacteria and salicylic acid can enhance the tolerance of plants against salinity stress and heavy metals by regulating the levels of different metabolites of antioxidant enzymes, secondary metabolites, and metal-chelating compounds. In this research, salicylic acid under natural soil salinity conditions (8.16 dS/m) increases  chlorophyll a, carotenoid , proline , and antioxidant activity to +14%, +9.6%, +6.4% and +8.7%, respectively.  On the other hand, under natural soil salinity conditions (8.16 dS/m) with 40 mg/kg of arsenic contamination in the soil, it has significantly increased plant proline equivalent to 20.65%, which led to a significant rise in antioxidant activity equivalent to +38.02%. The inoculation of Pseudomonas putida bacteria in saline soil contaminated with arsenic significantly boost proline of the plant equal to +22.29% and antioxidant activity equal to +47.88%, which greatly improved the content of chlorophyll, carotenoid and photosynthesis of quinoa plant.

    Keywords: Arsenic, salicylic acid, Pseudomonas putida bacteria, quinoa
  • Seyed Mehdi Mirhoseini Moghaddam, Seyed Mostafah Sadeghi *, Majid Ashouri, Naser Mohammadiyan Roshan, HamidReza Dorodian Pages 79-96
    Background and Aim

    One of the ways to reduce the use of chemical fertilizers and increase sustainability in rice cultivation is the correct application of irrigation water and cultivated cultivars. This research is conducted with the aim of the effect of irrigation management and different levels of phosphorus fertilizer on the yield and some agronomy traits of rice in Hashemi and Guilaneh cultivars in Guilan province.

    Method

    This experiment was done in the form of split-split plots under a completely randomized block design with three replications during the years 2017 and 2018 in the research farm of the Islamic Azad University, Lahijan Branch, located in the village of Kateh-Shal (in the latitude of 37°12° N and longitude of 50°01E° with an average height of 34.2 meters above sea level). The treatments studied in this research included cultivar (Hashemi and Guilaneh rice) as the main factor, irrigation intervals (continuous flooding, alternating with an interval of 5 and 10 days) as a secondary factor, and the amount of phosphorus chemical fertilizer of triple superphosphate (50, 75 and 100 kg/ha) was as a sub-sub-factor.

    Results

    The results showed that the solo effects of the factors and the interaction effects of their two and three factors were on paddy yield and relative leaf water at the level of 1% and on the chlorophyll index at the level of 5% significant. According to the interaction effect of irrigation management and fertilizer consumption and cultivars, the highest yield of paddy in the first year was 5362 and 5104 kg/ha in Guilaneh cultivar with irrigation intervals of 5 day and fertilizer levels of 50 and 100 kg P/ha, in the second year, Guilaneh cultivar with irrigation intervals of 5 day and fertilizer levels of 50 and 100 kg P/ha, an average of 5355 and 5104 kg/ha was obtained, respectively. The highest relative leaf water in the first year was in the Guilaneh cultivar and irrigation intervals of 5 day with fertilizer consumption of 50 kg P/ha with an average of 0.64, and in the second year was in the Guilaneh cultivar in irrigation intervals of 5 day and fertilizer levels of 100 kg P/ha with an average of 0.66. Based on the interaction effect of irrigation management, consumption fertilizer and cultivars, the highest chlorophyll meter in 2017 was in the Guilaneh cultivar with irrigation intervals of 5 day and fertilizer levels of 50 kg P/ha with an average of 41.7. In 2018, the highest chlorophyll meter was obtained in the Hashemi cultivar and under flooding management with 50 kg P/ha fertilizer, with an average of 40.7. The highest leaf area index in 2017 and 2018 were observed in Guilaneh cultivar with irrigation intervals of 5 day and 75 kg P/ha fertilizer, with an average of 4.2 and 4.4, respectively.

    Conclusion

    The Interaction effects of irrigation, fertilizer and cultivar in the studied years was showed that in Guilaneh and Hashemi cultivars, the highest yield of paddy were at fertilizer levels of 50 and 100 kg P/ha. Based on the results and with the criterion of rice yield, the use of the Guilaneh cultivar with in irrigation intervals of 5 day and fertilizer levels of 50 and 100 kg P/ha is suggested as the most suitable conditions for the study area.

    Keywords: Chlorophyll, Paddy, Plant growth rate, Relative leaf water
  • Aliakbar Karamvand, Seyed Abbas Hosseini *, Ahmad Sharafati Pages 97-113
    Background and Aim

    There are always challenges of spatial and temporal resolution in-situ measurement methods of factors affecting drought phenomena, and the presence of human operators is required. However, due to remote sensing's ability to measure data on the entire surface of the planet with an acceptable spatial and temporal resolution, its use in controlling and observing drought has grown more than ever, and it has become a powerful tool in the hands of experts. In this study, based on two components of surface soil moisture and modified vegetation index (EVI) by applying remote sensing data, a new agricultural drought index named (SMADIN) is proposed.

    Method

    To achieve the goal of proposing a drought index based on soil moisture, surface soil moisture data from the SMAP satellite of 5 cm depth was used. These data were validated before use against daily field measurements provided by the Iranian Meteorological Organization over a 250-day period. Validation step error was evaluated using the root mean square error method between satellite data and field measurements. Furthermore, the EVI index was calculated using data from the TERRA satellite and the MODIS sensor. Eventually, an analytical method is used to propose a drought index based on soil moisture. In order to compare the performance of this index in different weather conditions, two regions were chosen, one representing a dry climate and the other a wet climate. Then, the correlation matrix was plotted by the Pearson method for SMADIN agricultural drought index versus vegetation health index (VHI) and the results were discussed.

    Results

    Validation showed that field data measured in land use similar to remote sensing had an average root mean square error of 0.05 .The results indicate that the new agricultural drought index correlates up to 96% with VHI in the humid climate and 98% in arid regions. In addition, a 5-year comparison of the new SMADI and VHI time series in the study area demonstrates synchrony in peaks, minimums, increases, and decreases.

    Conclusion

    An agricultural drought index based on soil moisture is proposed in this study. We believe that, in recent years, when the lifetime of the SMAP satellite data exceeds 7 years, it is possible to use this index in future studies. Considering the possible error of SMAP and TERRA data in providing drought index, it is suggested to use this index in future studies in dry regions such as the central and southern regions of Iran.

    Keywords: Agricultural Drought Index, Drought, Soil moisture, Remote sensing, Vegetation Drought Index
  • Kiyoumars Roushangar *, MohammadTaghi Aalami, Hassan Golmohammadi Pages 115-131
    Background and Aim

    Reducing the water level of Urmia Lake and its effects on the environment around the lake has been one of the important national and international issues and challenges in the last two decades. In accord with the studies, one of the critical factors affecting this declining trend has been the rise in harvest, especially for agriculture. Accordingly, the purpose of this study is to simulate the future status of water resources in the Urmia Lake basin, influenced by the area of agricultural land uses.

    Method

      For this purpose, Landsat satellite image data for the period 2000 to 2020 are firstly classified using the SVM algorithm in ENVI5.3 software and the classification accuracy is analyzed using the Kappa Coefficient algorithm.In the following, the statistics and information related to the change of cultivation pattern (from arable to garden) and water sources discharging Lake Urmia are calculated. In the next step, the simulation of land use changes for 2030 and 2040 is done using two LCM and CA-MARKOV methods. And finally, after determining the amount of changes in each land use, the amount of water required for agricultural affairs in the catchment is simulated using NETWAT model.

    Conclusion

    The results show that the area of two uses, irrigated agriculture and garden will increase from 1450 and 395 square kilometers in 2000 to more than 3600 and 1650 square kilometers in 2040, respectively, This will increase the amount of water Needed or agriculture from 1,500 million cubic meters in 2000 to more than 4,100 million cubic meters in 2040.

    Results

    From 2000 to 2020, water consumption in irrigated agriculture has increased by 1253.05 Km2; which according to Markov's prediction method, this amount will reach 2049.54 Km2 in 2040 that raises the amount of water consumption by 1 billion and 473 million cubic meters. The gardens land use has increased by 688.02 Km2 from 2000 to 2020, and according to Markov's prediction method, this amount will reach 1276.14 Km2 in 2040, which raises the amount of water consumption by 703 million cubic meters. From 2000 to 2020, 367.06 Km2 has been added to the drayland farming, which according to the prediction of Markov method, this amount will reach 531 Km2 in 2040, which soars the amount of water consumption by 253 MCM.

    Keywords: Land use changes, Water consumption, Automatic cells, Markov chain, Urmia Lake Basin
  • Fatemeh Shiranitabar, Mozhgan Ahmadi Nadoushan * Pages 133-147
    Background and Aim

    Soil is one of the most important natural resources that provides more than 97% of human food needs. Soil organic matter (SOM) is an important soil quality factor that greatly affects soil’s physical, chemical, and biological properties. Modeling and mapping of soil properties are critical in many environmental, climatic, ecological, and hydrological applications. The main objective of this study is to model the distribution of soil organic matter and organic carbon using satellite images and random forest and kriging models in Lenjan County.

    Method

    In this study, digital maps of four main soil parameters including soil organic carbon, soil organic matter, electrical conductivity, and pH are prepared using random forest and Kriging methods in Lenjan County. Based on homogeneous land units, a total of 110 points in the study area are determined, and in these points, samples are taken from a depth of 0 to 30 cm of soil surface. Sampling is done in July 2021 and Sentinel-2 satellite images are acquired from the same month because better information is available this month due to fewer clouds and increased direct reflection from the soil surface. In addition, 16 environmental variables affecting the distribution of soil parameters are used. Various auxiliary variables such as NDVI, NDWI, DEM, and Slope are used for prediction, which are all directly or indirectly extracted from satellite images.

    Results

    The maps obtained by the random forest method showed more accuracy than the kriging method. The zoning map prepared using the random forest method displays much more details than the map prepared by kriging method. The output of the random forest model with the combination of different auxiliary variables showed values ​​equal to 0.312, 0.54, 0.73 and 0.16 of the modeling error for soil organic carbon, organic matter, electrical conductivity and pH, respectively. In the study area, the maximum values of soil organic carbon and organic matter were observed in urban areas and the highest values of electrical conductivity and pH were observed in agricultural lands. The most important variables affecting the spatial distribution of organic carbon and soil organic matter are clay, slope and silt. While in modeling electrical conductivity, silt BI and Aspect and in modeling pH, MNDWI, NDWI and DEM variables are recorded as more important than other variables.

    Conclusion

    In general, this study demonstrates that land use regression models based on random forest method can help mapping soil parameters faster and more efficiently. There is a strong need for efficient and accurate methods, including land use regression, for continuous monitoring of changes in soil quality in different landscapes. Land use regression contributes developing advanced maps of soil quality parameters using cost-effective and accessible spatial information.

    Keywords: Kriging, land-use regression, random forest model, Sentinel-2 Satellite images, Soil organic carbon
  • Ali Abdzad Gohari * Pages 149-163

    Agriculture is the main and most important source of food supply in the world; therefore, it is an important role in creating a balance in the food, social and even political security of the countries of the world. One of the most effective solutions to deal with the water crisis and increase the quantity and quality of production in the agricultural sector is to pay serious attention to the productivity of agricultural water and improve it by applying wise and efficient methods and policies. Improving water productivity requires a smart management that identifies the tools and methods well and selects the best ones according to the conditions and provides the necessary efforts in their use. Irrigation management with the approach of appropriate use of water resources can help to increase the area under cultivation and optimal consumption as a type of water management in the field. In Iran, pulses are a significant role in providing energy to the people of the society, and it has been tried to increase the water use productivity in proportion to the production and self-sufficiency of the country. Determining and analyzing the indicators and capacities of water productivity can be a suitable solution for making the right policies for the production of peanut in order to achieve maximum profit, sustainable development, production and employment security and export and currency earning considering its high potential. But in the meantime, it is not possible to be satisfied only with the water use productivity in order to determine the consumption. The current research is about the relationship between the amount of water consumed and the yield of the crop, the effect of deficit irrigation on the yield and the effect of different irrigation methods and the water use productivity in peanut, the harvest index in the conditions of full irrigation and water stress as well as the importance of different irrigation managements in the time of water shortage in peanut is presented in a complete manner.

    Keywords: Harvest Index, Oil Seed, Productivity, Water management