فهرست مطالب

مدیریت بیابان - پیاپی 23 (پاییز 1401)

مجله مدیریت بیابان
پیاپی 23 (پاییز 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • زهره ارجمندی، محمدامین اسدی زارچ* صفحات 1-16

    پیش بینی بلندمدت خشکسالی اهمیت زیادی در مدیریت منابع آب دارد. مدل های سری زمانی ابزاری مناسب برای پیش بینی رویدادهای اقلیمی هستند. در پژوهش حاضر، از شاخص شناسایی خشکسالی (RDI) که بر اساس بارش و تبخیر و تعرق پتانسیل است، برای ارزیابی خشکسالی ایستگاه همدیدی (سینوپتیک) یزد در مقیاس های زمانی یک، سه و شش ماهه در دوره ژانویه 1961 (معادل دی 1339) تا دسامبر 2018 (معادل آذر 1397)، مورد استفاده قرار گرفت. دوره ژانویه 2006 تا دسامبر 2018 معادل دی 1384 تا آذر 1397 به عنوان دوره پیش بینی در نظر گرفته شد. داده های خشکسالی دوره پیش بینی در اختیار مدل مورد استفاده قرار نگرفت. ایستایی داده ها با استفاده از آزمون Augmented Dickey-Fuller (ADF) بررسی شد. نتایج نشان داد که سری های زمانی مذکور به طور معنی داری مانا هستند. نمودارهای خودهمبستگی (ACF) و خودهمبستگی جزیی (PACF) نشان داد الگوی داده های خشکسالی در مقیاس های 1، 3 و 6 ماهه در ایستگاه سینوپتیک یزد به صورت فصلی می باشد. مدل SARIMA یک مدل پیش بینی تک متغیره در تحلیل سری های زمانی است که با افزودن مولفه فصلی به مدل ARIMA ایجاد شده است. مدل چند متغیره SARIMAX با افزوده شدن پارامتر کمکی یا متغیر برون زا به مدل تک متغیره SARIMA ایجاد می شود. در پژوهش حاضر، کارآیی مدل تک متغیره فصلی SARIMA و مدل چندمتغیره فصلی SARIMAX در پیش بینی خشکسالی در مناطق خشک مورد مقایسه قرار گرفت. به منظور اجرای مدل SARIMAX، پارامترهای بارش و تبخیر و تعرق پتانسیل به صورت جداگانه به عنوان پارامتر کمکی برای پیش بینی خشکسالی در اختیار مدل قرار گرفت. بررسی ضریب تبیین (R2) بین مقدارهای RDI واقعی و پیش بینی شده با استفاده از مدل SARIMA نشان داد،  مدل در مقیاس های سه ماهه و شش ماهه به ترتیب با ضریب 0.66 و 0.71 عملکرد بهتریی دارد. نتیجه مدل SARIMAX نشان داد در مقیاس یک ماهه، مدل SARIMAX بر پایه پارامتر کمکی تبخیر و تعرق پتانسیل با ضریب تبیین0.60 و در مقیاس سه ماهه، مدل SARIMAX بر اساس پارامتر کمکی بارش با ضریب تبیین 0.79 عملکرد بهتری دارد. در مقیاس 6 ماهه، عملکرد مدل برای هر دو پارامتر کمکی با ضریب تعیین 0.79 تقریبا یکسان بود. در مجموع مقایسه نتایج دو مدل نشان داد عملکرد مدل SARIMAX از مدل SARIMA در پیش بینی خشکسالی در مناطق خشک بیشتر است.

    کلیدواژگان: خشکسالی، مناطق خشک، پیش بینی، مدل های سری زمانی، بارش، تبخیروتعرق پتانسیل، پارامتر کمکی
  • فاطمه کمالی، محمد منصورمقدم، حمیدرضا غفاریان مالمیری*، فهیمه عربی علی آباد صفحات 17-36
    تهیه نقشه های سنگ شناسی به کمک داده های میدانی و دورکاوی به دلیل تنوع ساختاری زمین و مشکلاتی مانند دشواری دسترسی به بعضی مناطق، همیشه با خطا همراه بوده است. اما در دهه های گذشته استفاده از تصاویر ماهواره ای کمک شایانی در افزایش دقت و سرعت تهیه نقشه های زمین شناسی داشته است. هدف از پژوهش حاضر، بررسی قابلیت استفاده از تصاویر ماهواره لندست-8 و روش های طبقه بندی پیکسل مبنا و شی گرا در تهیه نقشه سازندهای زمین شناسی بخشی از رشته کوه شیرکوه استان یزد می باشد. این منطقه جزء سلسله کوه های پراکنده ایران مرکزی با اقلیم خشک و حداقل پوشش گیاهی است. در آغاز برای شناسایی سازندها با استفاده از پردازش های: MNF, PCA و FCC بارزسازی انجام شد. سپس با بهره گیری از خوارزمیک های (الگوریتم) شی گرا (BAYES، SVM، KNN، DECISION TREE و RANDOM FOREST)، شبکه عصبی (ART MAP، RBF، MLP و SOM) و پیکسل مبنا (حداکثر احتمال، حداقل فاصله، ماهالانوبیس و SAM) ، طبقه بندی شدند و مقدار خطای هرکدام از روش ها با استفاده از منطق بولین و ضریب کاپا محاسبه شد. طبقه بندی حداکثر احتمال با ضریب کاپا 75% در دسته پیکسل مبنا، طبقه بندی آرتمپ فازی در روش شبکه عصبی با ضریب کاپا 72% و طبقه بندی بیز در روش شی گرا  با ضریب کاپا 82% بهترین نتایج را در بین دیگر روش های بررسی شده نشان دادند. این نتایج کارآمدی روش های نامبرده شده را در شناسایی سازندهای زمین شناسی به اثبات می رساند. روش SAM از روش های پیکسل مبنا، روش SOM از روش های شبکه عصبی و روش RF از روش های شی گرا به ترتیب 49 %، 64 % و 61 % کمترین میزان دقت نتایج را در هر دسته نشان دادند.
    کلیدواژگان: سنگ شناسی، سنجش از دور، مناطق خشک، شبکه عصبی، یزد
  • حامد احمدپور، اسفندیار جهانتاب*، محسن شرافتمندراد، اعظم خسروی مشیزی صفحات 37-48

    کمبود بارندگی و تغییر پذیری زیاد زمانی و مکانی آن، یکی از مشکلات احیای پوشش گیاهی در کشور است.  با این وجود روش های گوناگون ذخیره ریزش های جوی می توانند با افزایش رطوبت خاک، نقش موثری داشته باشند. پژوهش حاضر به بررسی تغییرات ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک در نتیجه اجرای دو روش پخش سیلاب و هلالی آبگیر در مراتع خشک استان هرمزگان می پردازد. تعداد 45 نمونه خاک از سه منطقه شاهد، هلالی آبگیر و پخش سیلاب برداشت شد و ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک در آزمایشگاه اندازه گیری شد. مقایسه میانگین ویژگی های خاک با آزمون تجزیه واریانس یک طرفه انجام شد. برای بررسی عملکرد دو روش ذخیره بارش در مقایسه با شاهد بر ویژگی های خاک و عملکرد کل هر یک از شاخص نرخ تغییر استفاده شد. با استفاده از تحلیل همبستگی پیرسون، روابط هم افزایی و مبادله بین ویژگی های خاک بررسی شد. یافته ها نشان داد که به جز هدایت الکتریکی، اسیدیته و ارزش خنثی سازی کل، منطقه ذخیره نزولات روی دیگر ویژگی های خاک تاثیر معنی داری داشت (p<0.05). عملکرد ویژگی های هدایت الکتریکی، اسیدیته، ارزش خنثی سازی کل، کلسیم، منیزیم، نیتروژن و شن منفی بود و دیگر ویژگی ها دارای عملکرد مثبت بودند. عملکرد کل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاک در منطقه هلالی به ترتیب 31% و 11% و در منطقه پخش سیلاب به ترتیب 52% و 25% بود. شن با اغلب ویژگی های شیمیایی خاک رابطه مبادله و معنی داری داشت (p<0.05). بیشترین ارتباط مبادله بین شن و سیلت مشاهده شد (p <0.01، R2=-0.99) . بیشترین هم افزایی نیز بین سیلت و فسفر(+0.87=p<0.01 ، R2) و سپس فسفر و کربن آلی (+0.72=p<0.01 ، R2) خاک وجود داشت. به طورکلی، مقدار تاثیر مثبت عملیات پخش سیلاب بر ویژگی های خاک مراتع  این منطقه خشک بیشتر از عملیات هلالی آبگیر بود.

    کلیدواژگان: بوم سازگان، پخش سیلاب، مرتع، هلالی آبگیر، هم افزایی
  • حامد جوادی* صفحات 49-62
    به منظور ارزیابی وضعیت تنوع زیستی محصول های زراعی مناطق بیابانی خراسان جنوبی، اطلاعات مربوط به سطح زیر کشت آن ها در 11 شهرستان جمع آوری و شاخص های تنوع زیستی در قالب گروه های مختلف محاسبه شد. مبنای تقسیم بندی محصول ها بر پایه نوع مصرف عبارتنداز غلات، حبوبات، صنعتی، سبزیجات، جالیزی، گیاهان علوفه ای، دارویی و خانواده گیاهی. نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن بود که در خراسان جنوبی 35 گونه زراعی کشت می شود و بیشترین سطح زیر کشت به ترتیب متعلق به غلات (65%)، گیاهان علوفه ای (11.1 %) و گیاهان دارویی (10.8 %) است. با توجه به نتایج به دست آمده، نظام های تولید محصول های زراعی خراسان جنوبی تنوع مناسبی ندارد. شاخص تنوع در تمام گروه های محصولات زراعی و خانواده های گیاهی بسیار اندک است. از بین گروه های مورد مطالعه، غلات، گیاهان دارویی و گیاهان علوفه ای نسبت به دیگر گروه ها از تنوع مناسب تری برخوردار بودند. بیشترین تنوع خانواده های گیاهی متعلق به خانواده های گندمیان (Poaceae) و زنبق (Iridaceae) بود. شهرستان های قاین و بشرویه به دلیل غنای گونه ای، شاخص شانون و شاخص یکنواختی بیشتر از تنوع مطلوب تری نسبت به دیگر شهرستان ها برخوردار بودند؛ ولی شاخص های تنوع در شهرستان های فردوس، سربیشه، درمیان و خوسف پایین بود. با توجه به اینکه حفظ و افزایش تنوع زیستی یکی از مولفه های اصلی رسیدن به کشاورزی پایدار است؛ بنابر این، توجه به وضعیت تنوع زیستی محصول های زراعی در خراسان جنوبی و به ویژه شهرستان های دارای تنوع اندک، ضروری به نظر می رسد.
    کلیدواژگان: شاخص شانون، سیمپسون، گیاهان زراعی، یکنواختی گونه ای
  • یونس خوشخو*، نشاط جهان نمایی صفحات 63-80
    در اقلیم های خشک و نیمه خشک، که به دلیل مشکل کم آبی کشت دیم با چالش هایی مواجه است؛ لازم است به طور ویژه عوامل موثر بر رشد بررسی شود. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی نقش عوامل موثر بر طول دوره زمانی مراحل مختلف فنولوژیک جو دیم در یک منطقه با اقلیم نیمه خشک انجام شد. برای این منظور، مدت زمان مراحل مختلف فنولوژیک پنج دوره مختلف رشد جو دیم از قبیل: کاشت-سبزشدن، سبزشدن-پنجه زنی، پنجه زنی-ساقه دهی، ساقه دهی-گل دهی و گل دهی-رسیدن کامل در ایستگاه سرارود کرمانشاه طی دوره 1379 تا 1394 استخراج شد. با محاسبه 12 متغیر مختلف برای هر کدام از این دوره ها، متغیرهایی که دارای تاثیر معنی دار بر روی طول هر کدام از این دوره ها بودند شناسایی شد. برای ارزیابی تاثیر آنها بر طول هر کدام از مراحل فنولوژیک از روش تجزیه مولفه های اصلی  استفاده شد. یافته ها نشان داد که از بین متغیرهای انتخاب شده در پژوهش حاضر، متغیرهای مبتنی بر درجه روز رشد شامل شاخص های GDD و PTU و متغیرهای مبتنی بر تابش جذب شده از جمله تابش خالص و میانگین شبانه روزی دمای سطح خاک دارای بیشترین تاثیر بر طول مراحل مختلف رشد جو دیم دارند. متغیرهای مبتنی بر تبخیر-تعرق، تامین رطوبت خاک و متغیر تکمیلی بر روی طول دو مرحله از رشد تاثیرگذار بودند. بیشترین مقدار تغییرپذیری طول دوره های مختلف رشد که در قالب روش تجزیه مولفه های اصلی توجیه شده بود، برای دوره کاشت-سبزشدن به دست آمد. یافته های کلی نشان داد که روش تجزیه مولفه های اصلی در کنار قابلیت زیادی که برای شناسایی عوامل موثر بر طول مراحل مختلف فنولوژیک دارد، به خوبی قادر به سامان دهی اثر متقابل بین این عوامل نیز است.
    کلیدواژگان: ایستگاه سرارود، تابش خالص، درجه روز رشد، فنولوژی، واحدهای نوری-حرارتی
  • فاطمه هوشمندزاده، محمدرضا یزدانی*، سید فرهاد موسوی صفحات 81-96

    هدر رفت آب از مخازن در کشور، به ویژه مناطق مرکزی و جنوب شرقی، به دلیل اقلیم خشک و دمای زیاد، قابل توجه است. بنابراین برای حفاظت از منابع آب قابل استفاده کشور باید مقدار تبخیر از سطح مخازن آبی کاسته شود. در پژوهش حاضر، کارآیی حصیر گیاه خرما  (.Palma dactylifera L) با دو سطح پوشش 50% و 100% به عنوان پوشش های کاهنده تبخیر از سطح تشت های تبخیر کلرادو در دانشگاه سمنان مورد بررسی قرارگرفت. کارآیی پوشش های نامبرده با سه تکرار و در مقایسه با شاهد به مدت 30 روز در فصل های مختلف سال های 1398 و 1400 شمسی، با استفاده از روش مقایسه میانگین ها بررسی شد. بر طبق نتایج آزمون مقایسه میانگین داده ها به روش دانکن، پوشش های 50% و 100% به لحاظ تبخیر و دمای آب با شاهد اختلاف معنی داری در سطح 1 % داشتند. یافته های پژوهش حاضر نشان داد که در فصل بهار، تبخیر تشت های با پوشش 50% و 100% به ترتیب 9% و 70%، در فصل تابستان صفر و 72%، در فصل پاییز  39% و 72% و در فصل زمستان 3% و 78% نسبت به شاهد کاهش نشان دادند. به طور کلی، حصیر گیاه خرما با پوشش 100% در سطوح تشت های تبخیر کلرادو بهترین عملکرد را نشان داد. با توجه به یافته های حاصل از پژوهش حاضر، انتظار می رود در مناطق خشک و بیابانی، برای کاهش تبخیر از مخازن و استخرهای آب، پوشش حصیر خرما کاربرد داشته باشد.

    کلیدواژگان: منابع آب سطحی، تشت تبخیر کلرادو، روش فیزیکی، حفاظت آب
|
  • Zohreh Arjmandi Harat, MohammadAmin Asadi Zarch * Pages 1-16

    Long-term drought prediction is of considerable importance in water resources management. Time series models are appropriate tools to predict climatic events. In this study, the Reconnaissance Drought Index (RDI), which is based on precipitation and potential evapotranspiration, was applied to calculate droughts of Yazd synoptic station at time scales of one, three, and six months from 1961 to 2018. The period 2006-2018 was selected as the forecast period. Drought data of the forecast period were not considered to the applied models. Results showed that the pattern of drought data at 1, 3 and 6-month time scales in the Yazd synoptic station is seasonal. The SARIMA is a univariate time series model created by adding a seasonal component to the ARIMA model. The SARIMAX multivariate model is created by adding parameter covariate variable (exogenous variable) to SARIMA. In the present study, the efficiency of the seasonal univariate model (SARIMA) and seasonal multivariate model (SARIMAX) in predicting drought in arid regions were compared. To implement the SARIMAX model to predict droughts, precipitation and potential evapotranspiration were provided to the model as covariates, separately. The results of the coefficient of determination (R2) between observed RDI and predicted RDI values by SARIMA showed that the model offers higher performance on 3 and 6-month time scales with 0.66 and 0.71, respectively. The results of the SARIMAX model showed that in one-month time scale, the SARIMAX model based on potential evapotranspiration with 0.60, and for 3-month time scale, the SARIMAX model based on precipitation with 0.79 performed better. In 6-month time scale, the performance of the model for the both covariates were almost the same with the coefficient of determination of 0.79. Comparison of the results of the two models showed that the performance of the SARIMAX model is higher than the SARIMA model for drought predicting in arid regions.

    Keywords: Drought, Arid regions, Forecasting, time series models, Precipitation, Potential evapotranspiration, Covariate variable
  • Fatemeh Kamali, Mohammad Mansourmoghaddam, Hamidreza Ghafarian Malmiri *, Fahime Arabi Aliabad Pages 17-36
    The preparation of geological maps based on field data and the application of aerial photographs have always been an error because of the structural diversity of the earth and the difficulty of accessing certain regions. But in recent decades, the use of satellite imagery has but in recent decades, the use of satellite imagery has gone a long way to increasing the accuracy and timeliness of geological mapping. The purpose of the current study is to investigate the applicability of Landsat 8 satellite images and object-oriented pixel classification methods in mapping the geological formations of some part of the Shirkuh Mountain range in Yazd province. This area is part of the scattered mountain range of Central Iran with a dry climate and minimal vegetation. Initially, enhanced operations were performed to identify geological information’s using MNF, PCA and FCC processing. Then, the images were classified using object-oriented algorithms (BAYES, SVM, KNN, Decision Tree and Random Forest), neural network (ARTMAP, RBF, MLP and SOM), and base pixels (Maximum Likelihood, Minimum Distance, Mahalanobis and SAM). Next, the error rate of each method was calculated using Boolean logic and kappa coefficient. The results showed that the maximum probability classification with kappa coefficient of 75% in the base pixel category, Fuzzy ARTMAP classification in neural network method with kappa coefficient of 72% and Bayesian classification in object-oriented method with kappa coefficient of 82% have the best results among other methods. These results show that the methods mentioned in the identification and separation of geological formations are effective. The SAM of pixel-based methods, SOM of neural network methods and RF of object-oriented methods with 49%, 64% and 61%, respectively, showed the lowest accuracy in each category.
    Keywords: lithology, Remote Sensing, Arid regions, Neural network, Yazd
  • Hamed Ahmadpour, Esfandiar Jahantab *, Mohsen Sharafatmandrad, Azam Khosravi Mashizi Pages 37-48

    Lack of rainfall and its high temporal and spatial variation are the main problems of vegetation restoration in Iran.  Rainfall harvesting methods can play an effective role in improving soil moisture. Rainfall harvesting operations have a great impact on the structure and function of ecosystems. Therefore, the present study investigates the changes of soil properties as a result of implementing two rainfall harvesting methods (water spreading system and micro-catchment) in arid rangelands of Hormozgan province. First, 45 soil samples were taken from control, micro-catchment and water spreading system sites and their physical and chemical properties were measured in the soil laboratory. One-way analysis of variance was used to compare the different sites in terms of soil properties. The rate of change index was used in order to assess the performance of soil properties and the overall performance of each of the rainfall harvesting methods compared to the control. Synergy and trade-off relations between soil properties were investigated using Pearson correlation coefficient. The results showed that except EC, pH, TNV, water spreading system had a significant effect on soil properties. EC, pH, TNV, calcium, magnesium, nitrogen and sand had negative performance in the water spreading system, and the rest of the soil properties had positive performance. The overall performance of soil properties was 31 and 11% in the micro-catchment, and 52 and 25% in the water spreading system. Sand had a significant trade-off relationship with most soil chemical properties. The highest trade-off was observed between sand and silt (p <0.01, R2 = -0.99). The highest synergy was observed between silt and phosphorus (p <0.01, R2 =+0.87), and next phosphorus and OC (p <0.01, R2= +0.72). In general, the positive impact of water spreading system on the soil properties of arid rangelands was greater than the micro-catchment in this region.

    Keywords: ecosystem, Water spreading system, rangeland, Micro-catchment, synergy
  • Hamed Javadi * Pages 49-62
    Data on the different types of crops and cultivated areas were extracted from 11 cities of South Khorasan province in the growing season of 2019-2020 to evaluate the biodiversity of agricultural crops in this province. Subsequently, this information was divided into various groups to calculate biodiversity indices. Crop categorization was based on the consumption type (cereals, beans, industrial crops, vegetables, grapevine, forage crops, and medicinal plants) and plant family. The finding indicate that 35 crop species are grown in this province. The largest area cultivated is cereals at 65.01%, the second for forage crops at 11.1%, and the third of medicinal plants at 10.8%. According to the results, the production systems of the agricultural ecosystems of South Khorasan do not show a rich diversity. The diversity index was very low among all agricultural groups and plant families. Of the groups studied, cereals, medicinal plants and fodder crops were more diversified than others. The groups of plants with the greatest variety were Poaceae and Iridaceae. Qaen and Boshruyeh cities had a more desirable diversity than the other cities resulting in the richness of the species and a higher homogeneity and Shannon index. However, the diversity indices were low in cities of Ferdows, Sarbisheh, Darmian, and Khoosf. Since the preservation and development of biodiversity is one of the key components to achieve stability in agriculture, attention to the biodiversity of agricultural crops seems to be crucial in South Khorasan province, especially in low-diversity cities.
    Keywords: crops, Shannon index, Simpson, Species uniformity
  • Younes Khoshkhoo *, Neshat Jahannemaei Pages 63-80
    Due to the water shotages in arid and semi-arid climates, rainfed agriculture faces severe challenges. It is therefore essential to carry out specific studies on the efficiency factors of rain-fed crop growth. The purpose of this study was to assess the factors affecting the duration of the different phenological stages of rain-fed barley in a semi-arid region. For this purpose, duration of phenological stages for five different growth periods of rain-fed barley including sowing-emerge, emerge-tillering, tillering-stem, stem-flowering, and flowering-maturity were extracted at the Sararoud station, Kermanshah, during the period of 2000-2015.  By calculating 12 variables for these periods, the variables with significant impacts were detected for each of them and Principal Component Analysis (PCA) technique was used to assess the impact of these variables on different phenological stages duration. The results showed that between different selected variables, the degree-days-based variables (GDD and PTU) and absorb radiation-based (net radiation and daily mean soil surface temperature) showed the highest impact on all of the phenological stages duration. Each of the evapotranspiration-based variables, soil moisture supply variables and complementary variables influenced duration of two growth stages. The highest variability of the different growth periods which explained by the selected variables in the current research using principal component analysis was obtained for sowing-emerge stage. The overall results showed that the principal component analysis not only has a high capability to detecting effective factors on the different phenological stages duration, but also is a powerful tool to regulate the interrelate impacts between variables..
    Keywords: Growing Degree Days, Net radiation, Phenology, Photo-thermal Units, Sararoud station
  • Fateme Hooshmandzade, MohammadReza Yazdani *, Farhad Mousavi Pages 81-96

    The loss of water from reservoirs in the country, especially in the central and southeast regions, due to the dry climate and high temperatures are significant, causing stress on water resources. There is a need to reduce the amount of evaporation from the surface of the reservoirs in order to conserve the country's usable water resources of the. In the present study, the effectiveness of Palma dactylifera L. mats with two coverage levels of 50 and 100% as evaporation reducion coatings- has been studied. To examine the performance of the mentioned methods on reducing water losses, Colorado evaporation pans were used at the Semnan University. The effectiveness of the mentioned coatings was studied with three replicates and in comparison, with the control for 30 days in different seasons of 2018, using the comparison means method. Based on the results of average comparison test using Duncan's method, the 50% and 100% coatings showed a significant 1% difference with the control in terms of evaporation and water temperature. Results indicate in spring, pans covered with 50% and 100% mats reduced evaporation by 9% and 70%, respectively, and by 0 and 72%. in summer. In autumn, it showed a decrease in evaporation of 39% and 72%, and in winter, and a decrease in evaporation of 38% and 78% compared to the control. In general, palm mat Palma dactylifera L. with 100% coverage has shown the best performance on the surfaces of Colorado evaporation pans. Results show that in arid lands and desert regions, palm mat covering are expected to reduce evaporation from water reservoirs and basins.

    Keywords: Surface water resources, Colorado evaporation pan, Physical method, Water conservation