فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال سی‌ام شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1402)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال سی‌ام شماره 1 (فروردین و اردیبهشت 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/05/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • امیرسجاد ملکی، غلامرضا عزیزیان*، سید آرمان هاشمی منفرد صفحات 1-26
    سابقه و هدف
    سیلاب‏ یکی از حوادث طبیعی است که باعث تغییرات چشم گیر ریخت شناسی در بستر رودخانه ها و اراضی مجاور آن ها می شود. این جابجایی ها و تغییرات ممکن است خسارات مالی و جانی جبران ناپذیری را به دنبال داشته باشد. از اینرو نقش مطالعات ریخت شناسی در رودخانه ها، تعیین کمی وکیفی عکس العمل رودخانه و پیش بینی روند تغییرات کوتاه مدت و دراز مدت آن تحت جریان های سیلابی از موضوعات مهم در مهندسی رودخانه می باشد. در جریان های سیلابی، تداخل جریان در مقطع اصلی کانال و سیلاب دشت، باعث انتقال مومنتم و پیچیدگی در الگوی جریان از کانال اصلی به سیلاب دشت می گردد. به دلیل دینامیکی بودن این وقایع از معیارهای آماری، تجربی و نیمه تجربی به منظور تعیین ابعاد کانال های پایدار رژیمی استفاده می گردد. امروزه استفاده از مدل های دو بعدی برای بررسی رفتار رژیم کانال ها نسبت به روش های تجربی که جریان یک بعدی فرض می شود، برتری دارد. در رابطه با بررسی الگوی جریان و انتقال رسوب در کانال های آبرفتی مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی بسیاری انجام شده است اما به صورت عددی مطالعه ی چندانی صورت نگرفته است. در این تحقیق، رفتار وهندسه کانال ذوزنقه ای مرکب با استفاده از مدل MIKE21 برای دونوع جریان دایمی و غیردایمی سیلابی بررسی شده است. ابعاد نهایی مقطع رژیم کانال بدست آمده از مدل سازی تحت جریان دایمی، اختلاف کمتری بامقادیر مشاهداتی در مقایسه با نتایج بدست آمده از مدل سازی تحت جریان غیردایمی را نشان داد.
    مواد و روش ها
    جهت مطالعه رفتار کانال اصلی در جریان سیلابی، جریان به صورتی انتخاب گردیده است که پهنه های سیلابی در حالت قبل از آستانه حرکت قرار داشته باشد. ابتدا مقطع کانال ذوزنقه ای مرکب با مرزهای فرسایش پذیر تحت جریان دایمی مقطع پر توسعه داده شد و سپس رفتار و هندسه کانال ذوزنقه ای توسعه یافته تحت جریان سیلابی دایمی و غیردایمی مورد مطالعه قرار گرفت. در گام اول مدل سازی جریان دایمی، شرایط جریان در کانال در یک نقطه معین نسبت به زمان ثابت می باشد که به معنی یکسان بودن سرعت در طول جریان و عمق متوسط جریان است. در گام دوم مدل سازی، بررسی جریان غیردایمی در طول کانال با شرایط مشابه گام اول بررسی شد با این تفاوت که دبی ورودی به صورت متغیر در زمان می باشد.
    یافته ها
    نتایج نشان دادهنگامی که مقطع اصلی کانال پر است، تغییر قابل توجهی در عرض کانال اصلی ایجاد نمی شود، اما عرض کانال اصلی برای جریان های سیلابی نسبت به مقطع پر به سرعت افزایش می یابد. متوسط اختلاف نسبی بدست آمده نسبت به داده های آزمایشگاهی درپارامترهای عرض بالا وپایین مقطع ذوزنقه ای و همچنین عمق جریان در شرایط جریان دایمی به ترتیب 96/0، 88/0و 98/0و در شرایط جریان غیردایمی نیز متوسط اختلاف نسبی بدست آمده پارامترهای عرض بالا و پایین مقطع ذوزنقه ای و عمق جریان به ترتیب 12/1، 15/1و 05/1می باشد. با توجه به معادلات انتقال رسوب موجود در نرم افزار، رابطه انتقال رسوب انگلند هانسن به عنوان رابطه انتقال رسوب مناسب برای پارامترهای ابعادکانال انتخاب گردید که توانست پیش بینی نزدیک تری به مقادیر آزمایشگاهی داشته باشد.
    نتیجه گیری
    یک کانال آبرفتی مقطع پرپایدار، هنگامی که درمعرض سیلاب قرارمی گیرد، به سمت یک کانال پایدارجدید متمایل می گردد. درشرایط جریان دایمی، برآورد نتایج عمق وعرض کانال پایدار درمدل MIKE21 درمقایسه بانتایج حاصل ازجریان غیردایمی دقت بیشتری دارد. همچنین مقادیر عرض، عمق وغلظت رسوب پیش بینی شده کانال توسط نرم افزارفوق نسبت به روش های طراحی کانال پایدارنظیر برونلی، ون راین و WBP بهتر تخمین زده شده است. در تمامی مدل ها، عرض کانال تقریبا طی 3ساعت ابتدایی به سرعت افزایش می یابد وپس از آن به مرحله ی تعادل نزدیک می شودو از سرعت فرسایش کانال کاسته می شود. با افزایش دبی تاحدود 15لیتربرثانیه عمق وعرض کانال باشدت بیشتری تغییر یافته وسپس این تغییرات تقریباثابت می گردد.
    کلیدواژگان: مقطع رژیم، سیلاب، Mike21، جریان دائمی، جریان غیردائمی
  • سحر شجاعی، بهمن فرهادی بانسوله*، شاهرخ فاتحی، مهسا رحمانی صفحات 27-47
    سابقه و هدف

    خصوصیات فیزیکی دیر یافت خاک نقش مهمی در طراحی سامانه های آبیاری و زهکشی دارند. ازآنجاکه اندازه گیری مستقیم این خصوصیات زمان بر و پر هزینه است، بیشتر محققان برای تخمین این پارامتر ها از روش های غیر مستقیم مانند توابع انتقالی استفاده می نمایند. هدف از این پژوهش بررسی و تعیین بهترین مدل برای برآورد رطوبت ظرفیت زراعی (FC) و نقطه پژمردگی دایم (PWP) با استفاده از خصوصیات زود یافت خاک و توابع انتقالی در محیط نرم افزار R و همچنین انتخاب مناسب ترین تابع برای خاک های منطقه روانسر در استان کرمانشاه است.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش از خصوصیات زود یافت خاک به عنوان متغیر های ورودی برای پنج تابع انتقالی خطی چند متغیره ، شبکه عصبی مصنوعی ، کیوبیست ، جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان استفاده شد. در ابتدا در منطقه موردمطالعه با روش ابر مکعب لاتین موقعیت مکانی 120 خاکرخ تعیین شد. در این نقاط مشاهداتی خاکرخ ها حفر و از افق های آن نمونه برداری صورت گرفت. پس از تجزیه های آزمایشگاهی بر روی نمونه های خاک شامل اندازه گیری هدایت الکتریکی عصاره ی اشباع، واکنش خاک، کربنات کلسیم معادل، کربن آلی، درصد شن، سیلت و رس خاک، بر اساس دامنه تغییرات این ویژگی ها به ویژه اجزا بافتی خاک به ترتیب 75 نمونه خاک سطحی و 33 نمونه خاک از ده خاکرخ مختلف انتخاب گردیدند. اندازه گیری PWP بر روی 33 نمونه و اندازه گیری FC بر روی مجموع نمونه های سطحی و عمقی یعنی 108 نمونه انجام شد و در مرحله بعد عملیات مدل سازی بر روی آنها اجرا شد. برای ارزیابی مدل ها از شاخص های ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای مطلق (MAE) و ضریب تبیین (R2) استفاده شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که دقت توابع انتقالی در برآورد رطوبت PWP بیشتر از FC است (مقدارR2 و RMSE مدل کیوبیست برای PWP به ترتیب برابر 813/0 و 054/ و برای FC برابر 53/0 و 085/0 بود). همچنین نتایج برآورد رطوبت FC نشان داد که مدل کیوبیست و شبکه عصبی مصنوعی به ترتیب دارای MAE (066/0 و 068/0) و RMSE (085/0) کمتر و R2 (53/0 و 54/0) بیشتری نسبت به سایر مدل ها هستند.

    نتیجه گیری

    نتایج کلی نشان داد که مدل های کیوبیست و شبکه عصبی مصنوعی و پس از آن مدل جنگل تصادفی با خطای کمتر و ضریب تبیین بالاتر نسبت به سایر مدل ها از کارایی مناسبی برای برآورد رطوبت ظرفیت زراعی برخوردارند. نتایج مربوط به رطوبت PWP نشان داد که مدل کیوبیست و پس از آن مدل جنگل تصادفی از نظر مقایسه ضریب تبیین بهترین مدل ها برای برآورد رطوبت PWP هستند. این پژوهش اهمیت استفاده از روش های نوین یادگیری ماشین در مطالعات مربوط به توابع انتقالی خاک برای برآورد خصوصیات دیر یافت خاک را نشان داد. همچنین نتایج این پژوهش برای دامنه وسیعی از دشت های استان کرمانشاه که شرایط تشکیل خاک مشابه با منطقه روانسر را دارند، قابل قبول هست.

    کلیدواژگان: خصوصیات فیزیکی خاک، مدل جنگل تصادفی، مدل کوبیست، مدل ماشین بردار پشتیبان
  • بیتا زمانی، مهدی مفتاح هلقی*، امیراحمد دهقانی، راضیه کریمی دمنه صفحات 49-70
    سابقه و هدف
    ازجمله عوامل مهمی که پایداری، تعادل و اکوسیستم رودخانه ها را تهدید می کند و مانع بهره برداری مناسب انسان از این منابع آبی باارزش می شود، فرسایش طبیعی سواحل و تخریب های ناشی از سیلاب است. آبشکن ها یکی از راهکارهای حفاظت از سواحل رودخانه ها هستند که از طریق انحراف جریان از کناره ها به قسمت میانی رودخانه از فرسایش و تخریب سواحل جلوگیری نموده و با کاهش سرعت جریان در کناره ها سبب ته نشینی رسوبات و درنتیجه تثبیت سواحل و ایجاد شرایط مناسب برای رشد آبزیان می شوند. آبشکن ها در انواع مختلف نفوذپذیر، نفوذناپذیر و باندال لایک (ترکیب نفوذپذیر و نفوذناپذیر) در شکل های متنوعی ازجمله مستقیم، T شکل و L شکل از ساحل رودخانه احداث می شوند. هدف از پژوهش حاضر بررسی آبشستگی موضعی پیرامون نوع جدیدی از آبشکن تحت عنوان آبشکن باندال لایک T شکل که ترکیب آبشکن باندال لایک و آبشکن T شکل است به صورت آزمایشگاهی و مقایسه عملکرد آن با آبشکن نفوذناپذیر T شکل است.
    مواد و روش ها
    در این پژوهش آبشکن هایی با سه نسبت طول جان آبشکن به طول بال آبشکن 5/0، 75/0 و 1، سه نسبت تقارن طول بال بالادست به بال پایین دست 5/0، 1 و 2 در چهار دبی 6، 9، 12 و 15 لیتر بر ثانیه، با سه نفوذپذیری 33، 50 و 60 درصد برای آبشکن باندال لایک T شکل، درمجموع در 66 آزمایش موردبررسی قرار گرفتند. آزمایش های این پژوهش در آزمایشگاه تحقیقات آب و رسوب دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان در فلومی به طول 12 متر، عرض و ارتفاع 6/0 متر در شرایط غیرمستغرق و آب زلال انجام گردید.
    یافته ها
    نتایج نشان داد که با افزایش نفوذپذیری آبشکن باندال لایک T شکل میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی کاهش می یابد به طوری که حداکثر عمق آبشستگی در حضور آبشکن های باندال لایک T شکل با نفوذپذیری 33، 50 و 60 درصد به طور میانگین به ترتیب 63، 78 و 83 درصد نسبت به آبشکن شاهد نفوذناپذیر T شکل کاهش یافت. با افزایش طول آبشکن در هر دو سازه باندال لایک T شکل و نفوذناپذیر T شکل حداکثر عمق آبشستگی نسبی به طور میانگین 46 درصد افزایش یافت. همچنین نتایج نشان داد که حداکثر عمق آبشستگی نسبی با افزایش دبی جریان در هر دو نوع سازه افزایش می یابد اما بین حداکثر عمق آبشستگی نسبی و نسبت تقارن در هر دو نوع آبشکن ارتباطی یافت نشد.
    نتیجه گیری
    بر اساس نتایج به دست آمده، میزان نفوذپذیری آبشکن، طول آبشکن (میزان تنگ شدگی کانال) و دبی جریان ازجمله عوامل موثر بر آبشستگی موضعی اطراف آبشکن باندال لایک T شکل می باشند. همچنین کاهش قابل توجه میزان حداکثر عمق آبشستگی نسبی در آبشکن های باندال لایک T شکل با درصدهای نفوذپذیری متفاوت نسبت به آبشکن نفوذناپذیر T شکل نشان دهنده عملکرد بهتر آبشکن باندال لایک T شکل نسبت به نوع نفوذناپذیر آن در کنترل آبشستگی، پایداری سازه و حفاظت ساحل است.
    کلیدواژگان: آبشستگی، باندال لایک T شکل، آبشکن باندال لایک، آبشکن T شکل، حداکثر عمق آبشستگی
  • سعید شیوخی سوغانلو* صفحات 71-89
    سابقه و هدف

    گیاهان زراعی برای گذراندن مراحل رشد و نمو، ارتباط تنگاتنگی با شرایط اقلیمی و محیط پیرامونی خود دارند. بنابراین آگاهی و شناخت اثرگذاری فراسنجه های جوی بر عمکلرد گیاه و بازده تولید اهمیت بسیار حایز اهمیت و ضرور بنظر می رسد.

    مواد و روش ها

    آزمایش در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در 3 تکرار با پنج تیمار آزمایشی شامل؛]بدون کم آبیاری (شاهد) (NII)، کم آبیاری در مرحله آبستنی (IIB)، گلدهی (IIF)، شیری شدن دانه (IIM)، و خمیری شدن دانه (IID)[، در شهرستان ورامین انجام شد. شبیه-سازی اقلیم آینده، با بهره گیری از مدل گردش عمومی HadGEM تحت سناریوهای اقلیمی RCP4.5 و RCP8.5 در سه دوره 2025، 2055 و 2085، توسط مدل AgMIP با استفاده از داده های اقلیمی بلند مدت مربوط به دوره پایه (1980-2009) صورت گرفت. برای شبیه سازی رشد و نمو گندم از مدل SSM-Wheat استفاده شد.

    یافته ها

    بر پایه یافته ها، تغییرات دمای بیشینه و کمینه نسبت به دوره پایه در دورهای 2025، 2055 و 2085 نشان داد که دمای بیشینه و کمینه تحت سناریوی RCP8.5 در مقایسه با RCP4.5 شدیدتر بود. به طوریکه تحت سناریوی RCP8.5، دمای بیشینه به ترتیب با 1/2، 3/4، 9/6 و دمای کمینه به ترتیب با 5/1، 2/3 و 6/5 درجه سانتی گراد افزایش همراه بود. مقدار بارش در در دوره های 2025، 2055 تحت سناریو RCP8.5، به ترتیب 9/4 و 9/5 درصد افزایش یافت. در حالیکه میزان بارش در دوره 2085 تحت سناریو RCP8.5 نشان از کاهش 6/12 درصدی داشت. نتایج نشان داد که هم در شرایط بدون کم آبیاری و هم در شرایط کم آبیاری در مرحله گلدهی در دوره های 2025، 2055 و 2085 تحت هر دو سناریوی، وضعیت کسر آب قابل دسترس گیاه با گذر از مراحل اولیه رشد و نمو، گندم آبی مهرگان با تنش کم آبی مواجه شد و نیاز به آبیاری از همین زمان بسیار مشهود بود. همچنین طول دوره رشد و نمو گندم آبی مهرگان در دوره 2085 نسبت به دوره های 2055 و 2025 کوتاهتر شد و این کاهش دوره نسبت به فصل رشد و نمو بسیار شدیدتر بود. ارزیابی عملکرد دانه در دوره 2085 تحت سناریو RCP8.5، نشان داد که کم آبیاری در مرحله گلدهی به میزان قابل توجهی عملکرد دانه را 8/16 درصد کاهش داد.

    نتیجه گیری

    در شرایط تغییر اقلیم دمای بیشینه و کمینه تحت سناریوهای RCP4.5 و RCP8.5 در طی دوره های مورد بررسی در مقایسه با دوره پایه افزایش یافت. این میزان افزایش با گذر از دوره 2025 تا 2085 و همچنین در سناریو RCP8.5 در مقایسه با سناریو RCP4.5 شدیدتر بود. همچنین بر پایه یافته ها، وضعیت آب قابل دسترس گیاه در شرایط بدون کم آبیاری و هم در شرایط کم آبیاری در مرحله گلدهی در دوره های 2025، 2055 و 2085 تحت هر دو سناریو، نشان از عدم وجود تنش کم آبی بود. نتایج ارزیابی میزان عملکرد دانه نشان داد که کاهش عملکرد دانه تحت سناریو RCP 8.5 نسبت به سناریو RCP4.5 آشکارتر و با شدت بیش تری همراه بود. و در این میان کم آبیاری در مراحل آبستنی و بویژه گلدهی میزان عملکرد دانه را با کاهش چشمگیری مواجه ساخت.

    کلیدواژگان: دمای بیشینه، سناریوی اقلیمی، گلدهی، مدل SSM-Wheat، ورامین
  • فراست سجادی، حسین شریفان*، حبیب الله سوقی، محمد عبدالحسینی صفحات 91-110
    سابقه و هدف

    کاشت رقم مناسب در بهینه ترین تاریخ کاشت در مدیریت منابع محیطی از جمله منابع آب بسیار تعیین کننده است و می تواند منجر به حداکثر بهره وری مصرف آب و انرژی در راستای افزایش عملکرد شود. لذا این پژوهش با هدف تعیین مناسب ترین تاریخ کاشت و محاسبه بهره وری مصرف آب ارقام تجاری گندم نان تحت شرایط تحت شرایط آبیاری تکمیلی و کم آبی در شرایط آب و هوایی گرگان انجام گرفت.

    مواد و روش ها

    این آزمایش در سال زراعی 1401-1400 به صورت کرت های دوبار خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در چهار تکرار اجرا شد. در این آزمایش دو شرایط رطوبتی (شرایط آبیاری تکمیلی و کم آبی) در کرت های اصلی، هفت تاریخ کاشت (از 10 آبان تا 10 دی ماه به فواصل 10 روزه) در کرت های فرعی و چهار ژنوتیپ گندم نان (شامل ارقام آرمان، آراز، تکتاز و لاین N-93-9) به عنوان کرت های فرعی فرعی قرار گرفتند.

    یافته ها

    نتایج تجزیه واریانس عملکرد دانه و بهره وری مصرف آب نشان داد که اثر شرایط رطوبتی در سطح احتمال پنج درصد و اثرات تاریخ کاشت و رقم در سطح احتمال یک درصد معنی دار بودند. نتایج مقایسات میانگین نشان داد که عملکرد دانه در شرایط کم آبی (5288 کیلوگرم در هکتار) به طور معنی داری کمتر از شرایط آبیاری تکمیلی (5715 کیلوگرم در هکتار) بود. تیمار کم آبی باعث افزایش معنی دار بهره وری مصرف آب (3/17 کیلوگرم در هکتار بر میلی متر) نسبت به شرایط آبیاری تکمیلی (1/16 کیلوگرم در هکتار بر میلی متر) شد. بیشترین عملکرد دانه در تاریخ کاشت های دوم (20 آبان، 6340 کیلوگرم در هکتار) و سوم (30 آبان، 6165 کیلوگرم در هکتار) بدست آمد. بیشترین بهره وری مصرف آب نیز مربوط به تاریخ کاشت های دوم و سوم (20 و 30 آبان، 6/18 کیلوگرم در هکتار بر میلی متر) بود. نتایج مقایسه میانگین برای ارقام نشان داد که رقم تکتاز (به عنوان یک رقم زودرس) به طور معنی داری عملکرد دانه (5872 کیلوگرم در هکتار) و بهره وری مصرف آب (8/17 کیلوگرم در هکتار بر میلی متر) بیشتری نسبت سایر ژنوتیپ ها داشت.

    نتیجه گیری

    نتایج این پژوهش نشان داد که تیمار کم آبی باعث کاهش معنی دار عملکرد دانه و افزایش بهره وری مصرف آب شد. بیشترین عملکرد دانه و بهره وری مصرف آب در تاریخ کاشت های دوم و سوم بدست آمد. همچنین عملکرد دانه و بهره وری مصرف آب در رقم تکتاز به طور معنی داری بیشتری نسبت سایر ژنوتیپ ها بود. به طور کلی می توان گفت کاشت رقم تکتاز در تاریخ کاشت های دوم و سوم موجب دستیابی به حداکثر عملکرد و بهره وری مصرف آب در هر دو شرایط آبیاری تکمیلی و کم آبی شده است.

    کلیدواژگان: استان گلستان، آبیاری تکمیلی، رقم زودرس، کم آبی
  • هیوا بایز شریف، ناصر خالق پناه*، مسعود داوری، محمد رحیم زاده صفحات 111-130
    سابقه و هدف
    فرسایش توده ای حرکت سنگ و خاک به پایین شیب است که عمدتا به دلیل نیروی ثقل است. یکی از مهمترین حرکت های توده ای، جریان واریزه ای بوده، که درواقع لغزش های سریع در حال حرکت هستند و بلای طبیعی بسیار خطرناکی در مناطق کوهستانی است. روش های بیولوژیک و مهندسی مختلفی جهت کنترل فرسایش و جلوگیری از حرکت رسوبات به قسمت های پایین دست وجود دارد. بندهای اصلاحی متداول ترین روش مورد استفاده برای کنترل جریان واریزه می باشند. هدف اصلی از ساخت آنها کنترل و کاهش میزان رسوبات ورودی به رودخانه ها می باشد. در مناطقی که جریان واریزه‏ای وجود دارد، ممکن است پشت بندها از رسوبات درشت دانه و واریزه‏ای پر ‏شود، از این رو ضرورت دارد عملکرد این سازه‏ها در نگهداشت رسوبات مختلف بررسی شود. در بخش هایی از حوضه ننور بانه جریان واریزه ای وجود داشته که سبب خسارت به جنگل های پایین-دست آنها شده و همچنین سبب پرشدن آبراهه ها و مخازن بندهای اصلاحی شده است. لذا، هدف از این تحقیق بررسی عملکرد بندهای احداث شده در بخش هایی از حوضه از لحاظ دانه بندی رسوبات است.
    مواد و روش ها
    با استفاده از منابع، اطلاعات و نقشه های موجود، 58 نقطه از سطح حوضه مشخص و از خاک سطحی آنها نمونه برداری صورت گرفت. برای تعیین توزیع اندازه ذرات خاک از روش هیدرومتری با قرایت 24 ساعته و سری الک استفاده گردید. در این پژوهش، تعداد 88 بند گابیونی و ملاتی مورد ارزیابی قرارگرفت. از هر بند در دو نقطه و از دو عمق نمونه رسوب تهیه گردید (در مجموع 57 نمونه رسوب). نمونه های رسوب پس از هوا خشک شدن از الک 2 میلی متری عبور داده شده و توزیع اندازه ذرات کوچکتر از 2 میلی متر با استفاده از روش هیدرومتری (قرایت 24 ساعته) و الک مشابه نمونه های خاک تعیین گردید. جهت تعیین توزیع اندازه ذرات بزرگتر از 2 میلی متر نیز از روش الک (الک هایی با قطرهای بزرگتر از 2 میلی متر) استفاده گردید. در نهایت منحنی های دانه بندی و همچنین D50 رسوبات پشت مخازن بررسی و کارایی این بندها در به دام اندازی رسوبات ریزدانه و رسوبات واریزه ای و درشت دانه با مقایسه توزیع اندازه ذرات نمونه خاک های بالادست بندها و رسوبات پشت بندها بررسی گردید.
    یافته ها
    با توجه به توزیع اندازه ذرات زیر 2 میلی متر نمونه های خاک و رسوب، نسبت شن، سیلت و رس در نمونه های رسوب بندهای اصلاحی (با مقادیر میانگین 53/90، 45/5 و 02/4، به ترتیب برای شن، سیلت و رس) با نسبت آنها در نمونه خاک های بالادست بندها تفاوت نسبتا فاحشی داشت. نتایج نسبت D50 (بخش زیر 2 میلی متر) رسوبات به نمونه خاک بالادست بندهای اصلاحی (با میانگین 92/25) نیر نشان داد بیشتر بندهای اصلاحی در به دام انداختن ذرات شن و درشت تر از آن موثر بوده اما در نگهداری ذرات ریزتر کارایی کمتری داشته اند. بالابودن مقادیر D50 کل رسوبات (با میانگین 80/3) نیز تاییدکننده این مطلب بوده و نشان می دهد قسمت اعظم رسوبات به دام افتاده، درشت دانه هستند. شواهد محلی و مطالعات عرصه ای نیز نشان داد تعدادی از بندهای اصلاحی قرارگرفته در مسیر جریان واریزه ای در یک یا دو رخداد بارشی به طور کامل پر شده بودند.
    نتیجه گیری
    نتایج تجزیه و تحلیل رسوب نشان داد بیشتر بندهای اصلاحی در نگهداری رسوبات واریزه ای و درشت دانه بسیار موثر بوده و مانع حرکت آنها به پایین دست شده اند. اما این بندها در به-دام انداختن رسوبات دانه ریز تاثیر کمی داشته و به نظر می رسد به روش های مکملی برای کنترل و به-دام انداختن رسوبات ریزدانه ناشی از جریان واریزه و جریان های بعدی، در پایین دست بندها نیاز باشد. هرچند نمی توان نقش این بندها در کاهش شدت جریان آب، کاهش دبی اوج سیلاب ها، حفاظت از جاده ها و مناطق مسکونی پایین دست و بسیاری اثرات دیگر را نادیده گرفت.
    کلیدواژگان: به دام انداختن، رسوبات درشت دانه، رسوبات ریزدانه، بند گابیونی، بند ملاتی
  • فرحناز اکبری شهریاری، ناصر برومند، علی شهریاری، ابراهیم شیرمحمدی*، بهمن فاضلی نسب صفحات 131-150
    سابقه و هدف

    کربن آلی خاک (SOC) از مهمترین اجزاء خاک ها می باشد که سایر ویژگی های خاک را تحت تاثیر قرار می دهد و خود نیز از دیگر ویژگی های خاک تاثیر می پذیرد. پژوهش ها نشان می دهد که تغییر کاربری اراضی مرتعی و جنگلی به اراضی زراعی در اغلب موارد باعث کاهش SOC می شود؛ ولی این موضوع همیشه صادق نیست و به عوامل مختلف مخصوصا شیوه های مدیریت مواد آلی در مزرعه بستگی دارد. این پژوهش با هدف بررسی تاثیر تغییر کاربری اراضی جنگلی و مرتعی دشت سیستان به اراضی کشاورزی، در یک توالی زیستی (که دارای بیشترین شباهت از نظر فاکتورهای خاکسازی هستند) بر میزان SOC انجام شد. همچنین تعیین اثرات مستقیم و غیر مستقیم ویژگی های موثر معنی دار خاک بر میزان SOC از اهداف دیگر این پژوهش بود.

    مواد و روش ها

    توالی زیستی مورد مطالعه در منطقه جزینک، کنار رود هیرمند در شمال شرق دشت سیستان و در جنوب غربی مرز مشترک ایران و افغانستان، قرار داشت. در آبان ماه 1395 از عمق 20-0 سانتی متری خاک هر یک از پوشش های جنگلی Populus euphratica و Tamarix ramosissima، مرتعی Desmostachiya bipinnata و Suaeda vermiculata و همچنین زراعی Triticum aestivum (با 15 سال سابقه تغییر کاربری) و فقط از نقاطی که پوشش گیاهی متراکم داشت مجموعا 25 نمونه خاک (5 نمونه خاک از هر یک از پوشش های گیاهی)، بصورت تصادفی نظارت شده برداشت گردید. سپس 28 ویژگی فیزیکی، شیمیایی و زیستی خاک ازجمله درصد SOC اندازه گیری شد. تجزیه آماری داده ها در قالب طرح کاملا تصادفی، مقایسه میانگین داده های SOC با آزمون حداقل اختلاف معنی دار و همبستگی پیرسون میان ویژگی های خاکی اندازه گیری گردید. تجزیه رگرسیون گام به گام نیز برای شناسایی ویژگی های موثر معنی دار بر تغییرات SOC بوسیله نرم افزار Statistix10 انجام شد. سپس با تجزیه علیت اثرات مستقیم و غیر مستقیم آن ویژگی ها بر میزان SOC بوسیله نرم افزار Path 2 محاسبه گردید.

    یافته ها

    تغییرات در جمعیت باکتری های حل کننده فسفات 37%، قارچ های حل کننده فسفات44% ، کل میکروارگانیسم های حل کننده فسفات 39%، باکتری ها 51%، قارچ ها 46%، کل میکروارگانیسم 51%؛ و همچنین تغییرات در مقادیر کربن آلی 39%، رس 68%، سیلت 71%، شن 81%، قابلیت هدایت الکتریکی (EC) 37%، سدیم 56%، پتاسیم 81%، نیتروژن 67% ، کلسیم 56% و منیزیم 37% ، متاثر از پوشش گیاهی بود. بیشترین درصد SOC در پوشش گیاهی P. euphratica با مقدار 24/1% اندازه گیری شد؛ و نسبت به T. aestivum،D. bipinnata ، S. vermiculata و T. ramosissima به ترتیب21/2، 69/1، 94/1 و 86/1 برابر درصد کربن آلی بیشتری داشت. البته میان پوشش های گیاهیT. aestivum، T. ramosissima، D. bipinnata و S. vermiculata از نظر این صفت تفاوت آماری معنی دار مشاهده نشد. درصد SOC با جمعیت قارچ های حل کننده فسفات و غلظت سدیم محلول خاک به ترتیب قوی ترین ضرایب همبستگی مثبت (63/0=r) و منفی (60/0-=r) معنی دار (01/0≤p) را داشتند. همچنین بر اساس نتایج تجزیه رگرسیون گام به گام و تجزیه علیت، جمعیت قارچ های حل کننده فسفات و ظرفیت تبادل کاتیونی (CEC) به ترتیب موثرترین عوامل اثر گذار مثبت؛ و نسبت جمعیت میکروارگانیسم های حل کننده فسفات بر جمعیت کل میکروارگانیسمها و نیز EC خاک به ترتیب موثرترین عوامل اثر گذار منفی بر درصد SOC در منطقه مورد مطالعه بودند.

    نتیجه گیری

    بطور کلی حساس ترین کاربری به تغییرات، جنگل P. euphratica است. بنابراین در جهت ارتقای کیفیت خاک و افزایش ذخیره کربن در مناطق خشک و فوق خشک علاوه بر حفظ و توسعه پوشش جنگلی P. euphratica پیشنهاد می گردد که مدیریت و بهبود ویژگی های خاک شامل: جمعیت قارچ های حل کننده فسفات، CEC، نسبت جمعیت میکروارگانیسم های حل کننده فسفات و EC نیز مورد توجه قرار گیرد.

    کلیدواژگان: پوشش گیاهی، تجزیه علیت، کشاورزی، ماده آلی خاک، منظر
  • محمد عسکری*، حسین مرادی، ژیلا قربانی، کریم ریاحی صفحات 151-166
    سابقه و هدف

    به تازگی، خاک ورزی حفاظتی (کنترل شده) به عنوان عامل تثبیت کننده خاک، بسیار مورد توجه قرار گرفته است تا خاک کمتر زیر و رو شود و حداقل 30 درصد پوشش سطح خاک باقی بماند. این امر به حفظ ساختار خاک و رطوبت آن علی الخصوص مزارع شیب دار کمک بسزایی می نماید. مزارع منطقه هزارجریب بهشهر، شیب دار بوده و به واسطه اقلیم سرد و خشک و وزش باد در اغلب مواقع سال، بحث تثبیت و حفظ رطوبت و ساختار خاک و جلوگیری از آبشویی و بادشویی آن بسیار حایز اهمیت است. از طرف دیگر، اراضی شیبدار منطقه هزار جریب بهشهر بصورت دیم تحت کشت گندم و جو هستند که عایدی کمی برای کشاورزان داشته و محصول جایگزین می طلبد. در این راستا، گیاه سیاه دانه به عنوان جایگزینی ارزشمند برای محصولات فعلی است. بنابراین هدف از این مطالعه، بررسی اثر خاک-ورزی کنترل شده به منظور کشت گیاه سیاه دانه بر انرژی مصرفی، خصوصیات فیزیکی و حفاظت از خاک و همچنین عملکرد گیاه در اراضی شیبدار منطقه هزارجریب بهشهر بود.

    مواد و روش ها

    پارامترهای مورد بررسی شامل نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک ورز، مصرف سوخت تراکتور و تغییر میزان خردشدگی و نفوذپذیری خاک قبل و بعد از خاک ورزی بود. متغیرهای ورودی شامل ضمیمه ریشه بر در دو سطح (بدون و با ریشه بر)، عمق خاک-ورزی در دو سطح (35 و 28 سانتی متر برای چیزل) و سرعت پیشروی در دو سطح (دنده های 1 و 2 سنگین) بود. با در نظر گرفتن 3 تکرار برای هر تیمار، مجموعا 24 کرت آزمایشی به عرض 2 و طول 40 متر با روش بلوک کامل تصادفی و به صورت عمود بر شیب ایجاد شد. در خصوص عملکرد و اجزای عملکرد سیاه دانه، پس از برداشت محصول، پارامترهای عملکرد بیولوژیک، وزن ریشه، طول ریشه، قطر ریشه، عرض پراکنش ریشه، تعداد فولیکول در بوته، تعداد دانه در فولیکول، وزن هزار دانه، ارتفاع بوته، قطر ساقه و عملکرد در واحد سطح اندازه گیری شد.

    یافته ها

    نتایج نشان داد که اثر متغیرهای ورودی تنها بر نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک ورز و مصرف سوخت تراکتور به اضافه عملکرد زیستی (کاه) و عملکرد در واحد سطح سیاه دانه در سطح 5 درصد معنی دار بود. استفاده از ریشه بر، موجب افزایش نیروی کششی مورد نیاز ابزار خاک ورز و مصرف سوخت تراکتور شد در حالی که اثر نامطلوبی بر نفوذپذیری و خردشدگی خاک، وزن بذر، عملکرد زیستی و عملکرد در واحد سطح سیاه دانه داشت. استفاده از سرعت پیشروی بالاتر منجر به افزایش نیروی کششی و مصرف سوخت شده و در حالت بدون ریشه بر، منجر به کاهش میزان نفوذپذیری و خردشدگی خاک، عملکرد زیستی و عملکرد در واحد سطح سیاه دانه در عمق بیشتر خاک ورزی شده است در حالی که در عمق کمتر تفاوت معنی داری در سطح 5 درصد بین دو سرعت دیده نمی شود. افزایش عمق خاک-ورزی تا محدوده رشد عمودی ریشه به واسطه کشش منفی ابزار خاک ورز، موجب کاهش نیروی کششی و مصرف سوخت شده و بر نفوذپذیری و خردشدگی خاک و عملکرد محصول تاثیر مثبت داشته است.

    نتیجه گیری

    بهترین تیمار مورد بررسی، ابزار خاک ورز سه کاره مورد استفاده، بدون ضمیمه ریشه بر، عمق شخم بیشتر و پیشروی با دنده یک سنگین بود. بدین ترتیب، صرفه جویی 25 درصدی در مصرف سوخت به علت کشش منفی رتیواتور، افزایش عمق شخم و کاهش 25 درصدی نیروی کششی موردنیاز، افزایش 25 درصدی عملکرد زیستی (کاه) و 45 درصد افزایش عملکرد سیاه دانه میسر خواهد شد.

    کلیدواژگان: تثبیت خاک، ریزدانه، مزارع غیرهمسطح، مصرف سوخت، نفوذپذیری
|
  • Amirsajad Maleki, Gholamreza Azizyan *, Seyed Arman Hashemi Monfared Pages 1-26
    Background and objectives
    Floods are one of the natural events that cause significant morphological changes in riverbeds and adjacent lands, which result in financial, human, and other losses. When a flood occurs, the interference of the flow in the main channel and the flood plain causes the transfer of movement and complexity in the flow pattern from the main channel to the flood plain. Due to the dynamic nature of these events, statistical, experimental, and semi-experimental criteria are used to determine the dimensions of stable regime channels. Nowadays, the use of two-dimensional models to study the behavior of the regime channels has a superior advantage over the empirical and theoretical approaches, which are based on one-dimensional. There haven't been many numerical studies done on the flow pattern and sediment transport in alluvial channels, but there have been a lot of experimental studies. In this study, the behavior and hydraulic geometry of the trapezoidal compound channel have been investigated using MIKE21software for type of steady and unsteady overbank flow and Finally, the results of modeling in steady flow conditions showed less difference with real values than in unsteady flow conditions.
    Materials and methods
    In order to study the behavior of the main channel in the flood flow, the flow has been selected in such a way that the flood plain are in the state before the movement threshold. First, the compound trapezoidal channel section with fully losses boundaries/ with fully mobile boundaries was developed under bankfull flow, and then the behavior and geometry of the developed trapezoidal channel (regime channel) were evaluated under type of steady and unsteady flows. In the first step of permanent steady flow modeling, the flow conditions in the channel at a certain point are constant with respect to time, which means that the speed along the flow and the average depth of the flow are the same. In the second step of the modeling, the unsteady flow along the channel was checked with the same conditions as the first step, with the difference that the input discharge is variable in time.
    Results
    The results showed that when the cross-section of the main channel is full of water, there was no significant change in the width of the main channel, but the width of the main channel in overbank flows is higher than the full section and increases rapidly. The mean relative differences obtained at upstream and downstream width trapezoidal section, and flow depth in steady flow conditions are0.96, 0.88, and0.98,respectively, and in unsteady flow conditions, the average relative difference obtained at parameters upstream and downstream width trapezoidal section, and flow depth in steady flow conditions are1.12, 1.15and1.05,respectively. According to the sediment transport equations available in the software, the England-Hansen sediment transport relationship chosen as the appropriate relationship for the parameters of the channel dimensions, which can be more predictable to laboratory values.
    Conclusion
    An stable alluvial channel with a bankfull, when subjected to flooding, tilts towards a new stable channel.Under steady flow conditions, estimating the results of the depth and width of a stable alluvial channel in the MIKE21model is more accurate than the results obtained from unsteady flow. Also, the values of width, depth and sediment concentration predicted by the above software are better estimated than the sustainable channel design methods such as brownlie, vanrajin and WBP. In all models, the width of the channel increases rapidly over the first 3hours, and then approaches the balance stage and the channel erosion rate decreases. As the discharge increases up to 15liters per second, the depth and width of the channel is more severe and then these changes are almost constant.
    Keywords: regime section, overbank, Mike21, steady flow, Unsteady flow
  • Sahar Shojaei, Bahman Farhadi Bansouleh *, Shahrokh Fatehi, Mahsa Rahmani Pages 27-47
    Background and Objectives

    The physical properties of the soil, which cannot be easily measured, play an important role in the design of irrigation and drainage systems. Since the direct measurement of these characteristics is time-consuming and expensive, therefore, to estimate these parameters, most researchers use indirect methods such as transfer functions. This research aims to investigate and determine the best model for estimating soil moisture content in Field capacity (FC) and Permanent Wilting Point (PWP) using easily measured soil characteristics and pedotransfer functions in the R software environment and choosing the most suitable model for the soils of the Ravansar region in Kermanshah province.

    Materials and methods

    In this research, the easily measurable properties of soil were used as input variables for five transfer functions of the multivariable linear, artificial neural network, Cubist, random forest, and support vector machine. At first, in the study area, the location of 120 profiles was determined using the Latin hypercube method. In these observation points, soil profile was dug and studied and samples were taken from its horizons. Then, laboratory analysis including measurement of electrical conductivity, pH, calcium carbonate equivalent, organic carbon, and percentage of sand, silt, and clay was performed on soil samples. Based on the range of changes of these characteristics, especially the soil texture, 75 surface soil samples and 33 soil samples from ten different soil profiles were selected. PWP measurement was performed on 33 samples and FC measurement was performed on surface and depth samples, i.e., 108, and then modeling operations were performed on them. Root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and R2 indices were used to evaluate the models.

    Results

    The results showed that the accuracy of pedotransfer functions in estimating PWP is higher than FC (R2 and RMSE values of the Cubist model for PWP are 0.81 and 0.054 and for FC are 0.53 and 0.085, respectively). Also, the results for FC showed that between the models, the Cubist and the artificial neural network have low MAE (0.066 and 0.068) and RMSE (0.085) and high R2 (0.53 and 0.54) respectively, compared to other models.

    Conclusion

    The overall results showed that Cubist, Artificial Neural Network, and Random Forest models with lower error and higher R2 have higher efficiency for soil moisture estimation in FC than other models. The results showed that the Cubist and random forest models were the best models for estimating moisture at the PWP in terms of comparing the coefficient of determination. This research showed the importance of using new machine learning methods in studies related to soil transfer functions to estimate difficult-to-measure soil properties. Also, the results of this research are acceptable for a wide range of plains in Kermanshah province, which has similar soil formation conditions to the Ravansar region.

    Keywords: Soil physical properties, Cubist model, Random Forest model, Support vector machine model
  • Bita Zamani, Mehdi Meftah Halaghi *, Amir Ahmad Dehghani, Razieh Karimi Demneh Pages 49-70
    Background and objectives
    The ecosystem and equilibrium of rivers can be significantly affected by the river bank erosion which can also limit the human access to the rivers. Groyne is an important river restoration structure that prevents bank erosion through deviation of flow from the river banks to the main channel. From the permeability aspect, these structures can be classified into three types of permeable, impermeable, and bandal-like ( hybrid type which includes permeable and impermeable types ). Moreover, these structures can be categorized to straight, T-shaped, and L-shaped configurations. This research aims to investigate the local scour around a new type T-shaped bandal like groyne.
    Materials and methods
    The total number of 66 experiments were conducted through a straight flume ( 12 m length, 0.6 m width, and 0.6 m depth ) under non-submerged and clear water conditions. T-shaped bandal like and T-shaped impermeable groyne structures were fabricated in three web to wing length ratios of 0.5, 0.75, and 1. Also, three upstream to downstream wing ratios of 0.5, 1, and 2 and the permeabilities of 33%, 50%, and 60% were selected for the T-shaped banal like structure. The experiments were carried out at the flow discharge of 6 Ls-1, 9Ls-1, 12 Ls-1 and 15 Ls-1 in the presence of the T-shaped impermeable groynes and the T-shaped bandal-like groynes.
    Results
    It was revealed that, increasing the structure permeability resulted in decreasing of the maximum relative scour depth. Under 33%, 50%, and 60% permeabilities of the T-shaped bandal-like groynes, the maximum scour depth was decreased by 63%, 78%, and 83%, respectively compared to the T-shaped impermeable groynes. Moreover, it was observed that the maximum relative scour depth was increased by the average of 46% as for the greater values of structure length. The maximum relative scour depth was also increased for the greater values of flow discharge. It was found that there is no relationship between the maximum scour depth and the ratio of upstream wing length to the downstream wing length of groyne.
    Conclusion
    Based on the results, the permeability and length of the groynes and the flow discharge are among the factors affecting local scouring around T-shaped bandal-like groyne. The significant decrease in the relative scour depth in T-shaped bandal-like groynes compared to T-shaped impermeable groynes indicates that the T-shaped bandal-like groynes have better performance than the impermeable ones in scouring control, structural stability and river bank protection.
    Keywords: scour, T-shaped bandal-like, Bandal-like groyne, T-shaped groyne, Maximum scour depth
  • Saeid Shiukhy Soqanloo * Pages 71-89
    Background and objectives

    The plant have a close relationship with the climatic conditions and their surrounding environment to go through the stages of growth and development. Therefore, the knowledge and understanding of the effect of atmospheric parameters on plant yield and production efficiency is very important.

    Materials and method

    The experiment was conducted in the form of a randomized complete block design in three replications with five experimental treatments including: no water deficit (control) (NWD), water deficit at the booting stage (WDB), flowering (WDF), milking (WDM), and doughing (WDD), in Varamin, Iran. Simulating the future climate, using the HadGEM general circulation model under the RCP4.5 and RCP8.5 climate scenarios in the three periods of 2025, 2055 and 2085, by the AgMIP model using long-term climate data related to the base period (1980-2009) was done. SSM-Wheat model was used to simulate wheat growth.

    Result

    Based on the findings, the changes of maximum and minimum temperature compared to the baseline in the periods of 2025, 2055 and 2085 showed that the maximum and minimum temperature under RCP8.5 scenario increased more than RCP4.5. So that under the RCP8.5 scenarios, the maximum temperature increased by 2.1, 4.3, and 6.9 (ºC), respectively. and the minimum temperature increased by 1.5, 3.2, and 5.6 (ºC) respectively. The amount of precipitation in the periods of 2025 and 2055 under the RCP8.5 scenario increased by 4.9 and 5.9%, respectively. While the amount of precipitation in the period of 2085 under RCP8.5 scenario showed a decrease of 12.6%. The results showed that both in the no water deficit and the water deficit at the flowering stage in the periods of 2025, 2055 and 2085 under RCP4.5 and RCP8.5, the FASW by passing through The early stages of wheat cv. Mehregan growth were faced with water shortage stress and the need for irrigation was necessary from that time. Also, the length of the growth period of wheat cv. Mehregan in 2085 period was shorter compared to 2055 and 2025 periods, and this period reduction was much more intense than the growth season. The evaluation of grain yield in 2085 under the RCP8.5 scenario showed that the water deficit at the flowering stage significantly reduced grain yield by 16.8%.

    Conclusion

    In the climate change conditions, the maximum and minimum temperatures under RCP4.5 and RCP8.5 scenarios increased during the studied periods compared to the base period. This increase was more intense from 2025 to 2085 and also under the RCP8.5 scenarios. Based on the findings, the FASW in the no water deficit and the water deficit at the flowering stage at the 2025, 2055 and 2085 periods under both scenarios showed the absence of water stress. The results of the evaluation of the grain yield showed that the reduction of grain yield under the RCP8.5 scenarios was more obvious and more severe than the RCP4.5 scenarios. The water deficit both the booting and especially flowering stages caused a significant decrease in grain yield.

    Keywords: Climatic scenario, Flowering, Maximum temperature, SSM-wheat model, Varamin
  • Farasat Sajadi, Hossein Sharifan *, Habiballah Soughi, Mohammad Abdolhosseini Pages 91-110
    Background and objectives

    Planting the proper cultivar in the most optimal sowing date is very decisive in the management of environmental resources, including water resources, and leads to maximum water productivity of and energy efficiency for increasing performance. Therefore, this research was conducted with the aim of determining the most appropriate sowing date and water productivity for commercial cultivar of bread wheat under supplemental irrigation and water deficit conditions in the climatic conditions of Gorgan, Iran.

    Materials and methods

    This experiment was carried out as split-split plots based on randomized complete block design (RCBD) with four replications, during the 2021-2022 cropping season. In this experiment, two moisture conditions (supplemental irrigation and water deficit conditions) were placed in main plots, seven sowing dates (from 1 November to 31 December, 10-day intervals) were placed in subplots and four bread wheat genotypes (including Arman, Araz, Taktaz and N-93-9) were placed as sub-subplots.

    Results

    The analysis of variance for grain yield and water productivity showed that the effect of moisture conditions was significant at the 0.05 level and the effects of sowing date and cultivar were significant at the 0.01 level. The results of mean comparisons showed that the grain yield in water deficit conditions (5288 kg ha-1) was significantly lower than the supplemental irrigation conditions (5715 kg ha-1). Water deficit conditions caused a significant increase in water productivity (17.3 kg ha-1 mm-1) compared to supplemental irrigation conditions (16.1 kg ha-1 mm-1). The highest grain yield was obtained on the second (11 November, 6340 kg ha-1) and third (21 November, 6165 kg ha-1) sowing dates. Also. the highest water productivity was related to the second and third sowing dates (18.6 kg ha-1 mm-1). The results of mean comparisons for cultivars showed that in Taktaz (as an early-maturing cultivar) grain yield (5872 kg ha-1) and water productivity (17.8 kg ha-1 mm-1) were significantly greater than other genotypes.

    Conclusion

    The results of this research showed that water deficit conditions caused a significant decrease in grain yield and a significant increase in water productivity. The highest grain yield and water productivity were obtained on the second and third planting dates. Also, grain yield and water productivity in Taktaz cultivar were significantly greater than other genotypes. In general, it can be said that the planting of Taktaz cutlivar in the second and third sowing dates (11 and 21 November) has resulted in achieving the maximum performance and water productivity in both supplemental irrigation and water deficit conditions.

    Keywords: Golestan Province, Supplemental irrigation, Early-maturing cultivar, Water deficit
  • Hiwa Baiz Sharif, Naser Khaleghpanah *, Masoud Davari, Mohammad Rahimzadeh Pages 111-130
    Background and Objectives
    Mass erosion is the movement of rock and soil down the slope, mainly due to gravity. One of the most significant mass movements is debris flow. These are actually fast moving landslides and are a very dangerous natural disaster in mountainous areas. To control erosion and prevent sediment movement downstream, there are various biological and engineering methods available. Debris flow is most commonly controlled by check dams. The main purpose of building these dams is to control and reduce the amount of sediment entering the rivers. The backs of most dams may be filled with coarse-grained sediments and in areas with debris flows, so it is imperative to monitor how well these structures maintain different sediments. In some parts of the Nanor Baneh watershed and in the adjacent basins, there has been debris flow that has caused damage to the forests downstream. Consequently, there has also been a filling of the waterways and reservoirs of check dams. Therefore, the purpose of this study was to investigate the sedimentation granularity of check dams built in various parts of the watershed.
    Materials and Methods
    Based on available sources, information, and maps of the basin, 58 points were identified, and their surface soil was sampled. To determine soil PSD, a hydrometry method using a 24-hour reading and sieve series was used. There are 88 gabions and masonry check dams evaluated in this research. Sediment samples were collected from each dam at two points and at two depths (a total of 57 sediment samples). After air-drying, the sediment samples were passed through a 2 mm sieve and the size distribution of particles smaller than 2 mm was determined using the hydrometric method (24-hour reading) and the same sieves as the soil samples. To determine the size distribution of particles larger than 2 mm, the sieve method (sieves with openings larger than 2 mm) was used. A comparison of the particle size distribution of soil samples upstream of the dams and the sediments behind the dams was conducted to investigate the effectiveness of these dams in trapping fine-grained and coarse-grained sediments. Finally, the gradation curves and D50 of the sediments behind the dams were examined.
    Results
    Based on the size distribution of particles smaller than 2 mm in the soil and sediment samples, the ratio of sand, silt, and clay in sediment samples (with mean values of 90.53, 5.45, and 4.02, respectively) varied significantly from those in the soil samples upstream of the dams. The results of D50 ratio (< 2 mm) of sediments to the soil sample upstream of check dams (average 25.92) revealed that most check dams were effective in trapping sand and larger particles, but they were less effective in keeping smaller particles in suspended sediments. Furthermore, the high D50 values for the total sediments (average 3.80) indicate that most sediments are coarse-grained. A number of check dams located in the path of the debris flow were also completely filled in one or two rainfall events, according to local evidence and field studies.
    Conclusion
    Most check dams were highly effective at keeping coarse-grained sediments and preventing their movement downstream, according to sediment analysis behind them. But, these dams have little effect on trapping fine-grained sediments, and complementary methods for controlling and trapping them downstream of check dams may be needed. However, the role of these dams in reducing runoff intensity, reducing the peak flow of floods, protecting roads and residential areas downstream and many other effects cannot be ignored.
    Keywords: Trapping, coarse-grained sediments, fine-grained sediments, Gabion check dam, masonry check dam
  • Farahnaz Akbari-Shahriari, Naser Boroomand, Ali Shahriari, Ebrahim Shirmohammadi *, Bahman Fazeli-Nasab Pages 131-150
    Background and Objective

    Soil organic carbon (SOC) is one of the most important components of soils that affects other characteristics of soil. SOC is also influenced by other soil characteristics. Studies showed that change in land use from pasture and forest to agriculture decreased SOC. However, this is not always true and it depends on various factors, especially the methods of organic matter management in the farm. This study was conducted with the aims of investigating the effect of changes in land use from forest and pasture to agriculture on the level of SOC and determining direct and indirect effects of soil characteristics on SOC in a bio-sequence of Sistan plain.

    Materials and methods

    The studied bio-sequence was located in Jezink region, by the Hirmand river in the northeast of the Sistan plain and in the southwest of the border of Iran and Afghanistan. In November 2016, a total of 25 soil samples (5 soil samples from each vegetation) was collected by supervised randomized manner from the depth of 0-20 cm of each of places that had dense vegetation of Populus euphratica and Tamarix ramosissima (the forest covers), of Desmostachiya bipinnata and Suaeda vermiculata (the pasture covers), and the crop of Triticum aestivum ( with 15 years old land use change). Then, 28 physical, chemical and biological characteristics of the soil including percentage of SOC were measured and calculated. Statistical analysis of data in the form of completely randomized design, comparison of average SOC data with the least significant difference test, Pearson correlation between the measured soil characteristics, and stepwise regression analysis to identify significant effective factors on the changes SOC was performed by Statistix10 software. Then by path analysis the direct and indirect effects of those characteristics on the amount of SOC was calculated by Path 2 software.

    Results

    Changes in the population of phosphate-solubilizing bacteria 37%, phosphate-solubilizing fungi 44%, total phosphate-solubilizing microorganisms 39%, bacteria 51%, fungi 46%, total microorganisms 51%; and also the changes in the amounts of organic carbon 39%, clay 68%, silt 71%, sand 81%, electrical conductivity (EC) 37%, sodium 56%, potassium 81%, nitrogen 67%, calcium 56% and magnesium 37% were affected by vegetation covers. The highest SOC was measured in vegetation cover of P. euphratica with a value of 1.24%. P. euphratica had organic carbon 2.21, 1.69, 1.94 and 1.86 times more than that of T. aestivum, D. bipinnata, S. vermiculata and T. ramosissima respectively. However, there was no significant difference in organic matter between vegetation covers of T. aestivum, T. ramosissima, D. bipinnata and S. vermiculata. SOC had the strongest positive (r=0.63) and negative (r=-0.60) significant (P≤0.01) correlation coefficients with the population of phosphate-solubilizing fungi and the sodium concentration of the soil solution, respectively. Also, based on the results of stepwise regression analysis and path analysis, the population of phosphate-solubilizing fungi and cation exchange capacity (CEC) were, respectively, the most effective positive influencing factors. The population ratio of phosphate-solubilizing microorganisms on the total microorganisms, as well as soil EC, were respectively the most effective factors negatively influencing the percentage of SOC in the study area.

    Conclusion

    In general, the most sensitive land use to changes is P. euphratica forest. Therefore, in order to improve soil quality and increase carbon storage in arid and semi-arid regions, in addition to maintaining and developing P. euphratica forest cover, it is suggested that the management and improvement of soil characteristics include: the population of phosphate-solubilizing fungi, CEC, The population ratio of phosphate-solubilizing microorganisms and EC should also be considered.

    Keywords: Vegetation cover, Path analysis, Agriculture, Soil Organic Matter, Landscape
  • Mohammad Askari *, Hossein Moradi, Zhila Ghorbani, Karim Riahi Pages 151-166
    Background and objectives

    Recently, conservation tillage (controlled) as a soil stabilization factor has been given much attention so that the soil is less disturbed and at least 30% of plant cover to remain on the soil surface. This greatly helps to maintain soil structure and moisture, especially in sloping fields. The fields of the Hezarjarib Behshahr region are steep, and due to the cold and dry climate and the wind blowing most of the year, it is very important to stabilize and maintain the soil moisture and structure and prevent it from being washed away by the wind. On the other hand, the sloping lands of this region are under dryland cultivation of wheat and barley, which have little income for farmers and require alternative crops. In this way, Black cumin (Nigella sativa) plant is a valuable substitute for them. Therefore, the purpose of this study was to investigate the effect of controlled tillage to cultivate black cumin plants on energy consumption, physical properties and soil protection, as well as plant performance in the sloping lands of Hezarjarib Behshahr region.

    Materials and methods

    The investigated parameters included the required draft force by tillage tool, tractor fuel consumption, and changes in the degree of soil fragmentation and permeability before and after tillage. The input variables included root cutter supplement in two levels (without and with root cutter), tillage depth in two levels (35 and 28 cm for chisel) and forward speed in two levels (low gears 1 and 2). Considering 3 replications for each treatment, a total of 24 experimental plots with 2m width and 40m length were created with the random complete block design (RCBD) method and perpendicular to the slope. Regarding the yield and yield components of black cumin, after harvest, biological yield parameters, root weight, root length, root diameter, the width of root distribution, number of follicles per plant, number of seeds per follicle, thousand seed weight, plant height, stem diameter and performance were measured per unit area.

    Results

    The results showed that the effect of the input variables was significant only on the required draft force by tillage tool and the tractor fuel consumption, in addition to the biological yield and the yield per unit area of black cumin. The use of a root cutter increased the required draft force by tillage tool and tractor fuel consumption, while harmed soil permeability and crushing, seed weight, biological yield and yield per unit area of black cumin. The use of higher forward speed leads to an increase in draft force and fuel consumption, and the absence of root cutter, leads to a decrease in soil permeability and fragmentation, biological performance and yield per unit area of the black cumin at a greater depth of tillage, while at a lower depth, no significant (5%) difference can be seen between the two speeds. Increasing the depth of tillage up to the range of vertical root growth due to the negative draft of the tillage tool has reduced the draft force and fuel consumption and had a positive effect on soil permeability and crushing plus crop yield.

    Conclusion

    The best-researched treatment was the used triple action tillage tool, without root cutter supplement, greater ploughing depth and forwarding with low gear 1. In this way, it will be possible to save 25% in fuel consumption due to the negative draft of the rotary plough, increase the depth of the plough and reduce the required draft force by 25%, increase the biological yield (straw) by 25% and increase the yield by 45%.

    Keywords: Soil stabilization, Small seed, Sloping fields, Fuel consumption, Penetrance