فهرست مطالب

پژوهش های حفاظت آب و خاک - سال سی‌ام شماره 3 (امرداد و شهریور 1402)

نشریه پژوهش های حفاظت آب و خاک
سال سی‌ام شماره 3 (امرداد و شهریور 1402)

  • تاریخ انتشار: 1402/10/24
  • تعداد عناوین: 8
|
  • جواد ظهیری*، عادل مرادی صفحات 1-22
    سابقه و هدف
    مقدار متوسط تبخیر سالانه در ایران 2100 میلی متر بوده که سه برابر میزان متوسط جهانی است. این رقم نشان می دهد که اگر با روش هایی میزان تبخیر مخازن سدها کاهش یابد، می توان از این منابع بهره برداری مناسب تری نمود. عدم توجه به نرخ بالای تبخیر در کشور سبب شده که هر ساله میلیاردها مترمکعب آب از مخازن بیش از 600 سد موجود در کشور تبخیر شود. در پژوهش حاضر سعی شده است تا کارایی صفحات کامپوزیت در کاهش تبخیر از سطح آزاد آب در شرایط واقعی مورد بررسی قرار گیرد.
    مواد و روش ها
    مطالعه حاضر در محوطه ایستگاه هواشناسی فرودگاه اهواز با عرض جغرافیایی '32 °31، طول جغرافیایی '66 °48 و ارتفاع از سطح دریا 16 متر به انجام شد و از تشت های تبخیر کلاس A به قطر 7/120 سانتی متر و عمق 25 سانتی متر از جنس آهن گالوانیزه استفاده گردید. کلیه آزمایشات در بازه مرداد تا آذرماه 1401 انجام گرفت. در این تحقیق از صفحات کامپوزیت با روکش آلومینیومی جهت کاهش تبخیر از سطح آب استفاده گردید. صفحات کامپوزیت مورد استفاده دارای ضخامت 4 میلی متر بوده و از دو لایه ورق از جنس آلومینیوم در پوسته بیرونی و یک لایه از جنس پلی اتیلن در وسط تشکیل شده است. جهت بررسی میزان کارایی صفحات کامپوزیت، از توپ های شناور که روشی نسبتا متداول در کاهش تبخیر به حساب می آید، استفاده شده است. علاوه بر این تاثیر متغیرهای مختلف هواشناسی از قبیل درجه حرارت، درصد رطوبت نسبی، میانگین فشار بخار، سرعت باد و تابش خورشیدی بر روی میزان کارایی صفحات کامپوزیت بررسی شد. در این مطالعه از تحلیل واریانس دو طرفه برای بررسی تاثیر متغیرهای مختلف هواشناسی بر روی عملکرد صفحات کامپوزیت استفاده گردید.
    یافته ها
    نتایج آزمایشات نشان می دهد کارایی صفحات کامپوزیت مربعی 69%، صفحات کامپوزیت مثلثی 67% و توپ های شناور نیز کارایی 73% در کاهش تبخیر از سطح آب داشته اند. بر این اساس توپ های شناور به مقدار بسیار جزیی تاثیر بیشتری بر کاهش تبخیر از سطح آزاد داشته اند. فضای خالی بین کامپوزیت های مربعی به دلیل داشتن ابعاد بزرگتر نسبت به کامپوزیت های مثلثی، کمتر بوده و همین مسیله می تواند از دلایل کاهش تبخیر در کامپوزیت های مربعی نسبت به کامپوزیت های مثلثی به حساب آید. براساس نتایج تحلیل واریانس، دو پارامتر رطوبت نسبی و سرعت باد تاثیر معنادار بر میزان کارایی صفحات کامپوزیت در کاهش تبخیر از سطح آب دارا هستند. با توجه نتایج تحلیل واریانس با در نظر گرفتن اثرات متقابل، هیچ کدام از اثرات متقابل تاثیر معناداری بر میزان کارایی صفحات کامپوزیت ندارند. با این وجود، در نظر گرفتن اثرات متقابل در کنار اثرات اصلی، ضریب تبیین مدل ساخته شده را به 669/0 افزایش داده است که نشان می دهد اثرات متقابل به میزان حدود 2/0 در این ضریب تاثیر داشته اند.
    نتیجه گیری
    براساس نتایج تحلیل واریانس با در نظر گرفتن اثرات اصلی، دو پارامتر رطوبت نسبی و سرعت باد تاثیر معناداری بر میزان کارایی صفحات کامپوزیت در کاهش تبخیر از سطح آب دارند. رطوبت نسبی دارای اثری برابر با 182/0 و سرعت باد اثری برابر 197/0 دارا می باشند. رطوبت نسبی و سرعت باد از جمله پارامترهای تاثیرگذار بر میزان تبخیر از سطح آب بوده که به ترتیب باعث کاهش و افزایش تبخیر از سطح آب می گردند. حضور صفحات کامپوزیت باعث شده است تا تاثیر این دو پارامتر بر روی روند تبخیر از سطح آب به شدت کاهش یابد.
    کلیدواژگان: صفحات کامپوزیت، تبخیر، تحلیل واریانس، اثرات متقابل
  • رضا سعیدی* صفحات 23-44
    سابقه و هدف
    برای کاهش اثرات کمبود آب در بخش کشاورزی نیاز به مدیریت بهینه مصرف آب می باشد. لذا برنامه ریزی آبیاری باید بر اساس نیاز آبی واقعی در طول دوره رشد گیاه باشد. به طوری که حساسیت مراحل مختلف رشد گیاه در فرآیند جذب آب، درنظر گرفته شود. یکی از روش های برنامه ریزی آبیاری، کاربرد توابع کاهش جذب آب (α(h)) در شرایط تنش آبی است. در پژوهش های گذشته واسنجی و ارزیابی توابع کاهش جذب آب، با ضرایب ثابت در کل دوره رشد گیاه انجام شده است. اما هدف از پژوهش حاضر این است که توابع کاهش جذب آب با کاربرد ضرایب ثابت و جداگانه در مراحل رشد، مقایسه شوند. از این رو دقت تخمین داده های واقعی ضریب α(h) در طول دوره رشد گیاه بررسی می گردد.
    مواد و روش ها
    این پژوهش بر روی گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704 و در منطقه قزوین انجام شد. از مینی لایسیمترهای استوانه ای شکل با قطر 40 و ارتفاع 70 سانتی متر به عنوان بستر کشت استفاده شد. فاکتور اصلی در قالب تخلیه آب خاک در هشت سطح (I1) 45، (I2) 55، (I3) 60، (I4) 65، (I5) 70، (I6) 75، (I7) 80 و (I8) 85 درصد از کل آب دردسترس خاک تعریف شد. فاکتور فرعی نیز به صورت حساسیت چهار مرحله اولیه (P1)، توسعه (P2)، میانی (P3) و پایانی (P4) رشد گیاه ذرت به تنش آبی، انتخاب شد. یعنی اثر سطوح مختلف تخلیه آب خاک (تنش آبی) بر میزان جذب آب گیاه، در مراحل رشد ذرت (به طور جداگانه) بررسی شد. از این رو آزمایش به صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملا تصادفی، با 32 تیمار و سه تکرار اجرا شد. با استفاده از دستگاه رطوبت سنج ساخت شرکت دلتاتی (ΔT) مدل HH2، مقدار رطوبت روزانه خاک اندازه گیری شد. به منظور شبیه سازی میزان کاهش جذب آب در شرایط تنش آبی، مدل های ون گنوختن (1987)، دیرکسن و همکاران (1988) و مدل همایی و همکاران (2002) به کار گرفته شد. برای واسنجی مدل ها از داده های واقعی α(h) در تیمارهای I1، I3، I5 و I7 استفاده شد. در واسنجی مدل ها، یک بار ضرایب آن ها به طور ثابت (در کل دوره رشد) و بار دیگر به طور متغیر برای 4 مرحله رشد برآورد شد. ارزیابی مدل ها نیز در راستای تخمین مقادیر واقعی α(h) در تیمارهای I2، I4، I6 و I8 انجام شد. برای این کار از آماره های CRM، EF، R2، RMSE و ME استفاده شد.
    یافته ها
    اثر دو فاکتور کمبود آب خاک و حساسیت فیزیولوژیکی مراحل رشد گیاه بر میزان جذب آب، در سطح یک درصد معنی دار بود. از تیمار I1 الی I8 مقدار جذب آب در کل دوره رشد گیاه، با شیب 4/7 درصد کاهش یافت. اما مقدار جذب آب در مراحل رشد اولیه، توسعه، میانی و پایانی به ترتیب 5، 9/6، 9 و 6/4 درصد کاهش پیدا کرد. درنتیجه حساس ترین مراحل رشد ذرت (نسبت به تنش آبی)، به ترتیب شامل مراحل میانی، توسعه، اولیه و پایانی رشد بود. واسنجی مدل ها نشان داد که در یک مدل مشخص، ضرایب تابع در هر یک از مراحل رشد نسبت به کل دوره رشد تفاوت داشت. براساس نتایج، اولویت های برتر برای انتخاب مدل های بهینه، به حالت کاربرد ضرایب جداگانه در مراحل رشد اختصاص یافت. در بین مدل های مختلف، مدل ون گنوختن با شاخص های آماری 032/0=CRM، 928/0=EF، 942/0=R2، 057/0=RMSE و 1/0=ME به عنوان مدل بهینه تعیین شد.
    نتیجه گیری
    نتایج این پژوهش نشان داد که با کاربرد ضرایب متغیر در توابع کاهش جذب آب، دقت مدل سازی افزایش می یابد. باتوجه به حساسیت متفاوت گیاه در مراحل رشد، تخمین بهتری از میزان واقعی جذب آب در شرایط تنش آبی انجام می گیرد. درنتیجه نیاز آبی واقعی گیاه با دقت بیشتری محاسبه می شود. هم چنین میزان مصرف آب مطابق با نیاز واقعی گیاه درنظر گرفته می شود که باعث مدیریت بهتر منابع آبی خواهد بود.
    کلیدواژگان: حساسیت مرحله رشد، ضریب تنش، مدل سازی، نیاز آبی
  • صفورا ناهیدان*، سولماز سپهوند صفحات 45-65
    سابقه و هدف
    فسفر به دلیل تحرک و قایلیت دسترسی کمی که در خاک دارد، عاملی محدودکننده برای رشد گیاهان محسوب می-شود. یکی از راه کارهای افزایش قابلیت دسترسی فسفر در خاک، بکاربردن مواد آلی از جمله بیوچار است. بیوچار یک محصول غنی از کربن است که در اثر پیرولیز بقایای آلی در شرایط بدون اکسیژن یا کم اکسیژن حاصل می شود. بیوچار علاوه بر افزایش مستقیم غلظت فسفر، می تواند با بهبود شرایط فیزیکوشیمیایی، زیستی و آنزیمی خاک بر قابلیت دسترسی فسفر خاک موثر باشد. یکی از مشکلات زیست محیطی چند دهه گذشته، آلودگی خاک به فلزات سنگین از جمله کادمیم می باشد. کادمیم، فعالیت و تنوع جامعه میکروبی خاک را دگرگون ساخته و با کاهش فعالیت آنزیم های موثر در چرخه عناصر، عملکرد خاک را کاهش می دهد. مواد آلی از جمله بیوچار در خاک آلوده می توانند قابلیت دسترسی فلزات سنگین را در خاک کاهش داده و ویژگی های زیستی خاک را بهبود بخشند. چنین فرض می شود که با کاربرد بیوچار در یک خاک آلوده به فلز سنگین، فراهمی فسفر در خاک نه تنها به صورت مستقیم بلکه به صورت غیر مستقیم از طریق بهبود فعالیت زیستی و آنزیمی خاک متاثر می شود و این موضوع به نوع بیوچار و خاک بستگی دارد. بنابراین پژوهش حاضر با هدف بررسی برهمکنش بیوچار (کود گاوی و کاه گندم) و کادمیم بر تنفس میکروبی، فعالیت آنزیم های فسفاتاز اسیدی و قلیایی و فسفر قابل دسترس در دو خاک با ویژگی های فیزیکوشیمیایی متفاوت انجام گرفت.
    مواد و روش ها
    آزمایش به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی در 3 تکرار انجام شد. فاکتورهای آزمایشی شامل 4 سطح آلودگی کادمیم (0، 5، 10 و20 میلی گرم بر کیلوگرم)، 3 سطح بیوچار (شاهد، بیوچار کاه گندم و بیوچار کودگاوی) و 2 نوع خاک بودند. بدین منظور، دو نمونه خاک با ویژگی های فیزیکوشیمیایی متفاوت (کرک سفلا و مرکز تحقیقات) با مقادیر مختلف کادمیم از منبع کلرید کادمیم آلوده و سپس با مقدار 5/2 درصد از دو نوع بیوچار تیمار و در دو زمان 14 و 90 روز در دمای آزمایشگاه و رطوبت 70 درصد ظرفیت زراعی انکوباسیون شدند. در انتهای هر دوره انکوباسیون، کادمیم و فسفر قابل دسترس، تنفس میکروبی و فعالیت فسفاتاز اسیدی و قلیایی در نمونه های خاک اندازه گیری شدند.
    یافته ها
    کاربرد بیوچار کود گاوی و کاه گندم در خاک، کادمیوم قابل دسترس را به ترتیب به میزان 73-7/83 و 78-64 درصد نسبت به خاک شاهد بدون بیوچار کاهش دادند. در همه سطوح آلودگی کادمیم، مقدار کادمیوم قابل دسترس در خاک مرکز تحقیقات با بافت لوم شنی بیشتر از خاک کرک سفلا با بافت رسی بود. هچنین کادمیم در غلظت های بالاتر باعث کاهش بیشتر تنفس میکروبی و فعالیت آنزیم ها در خاک مرکز تحقیقات (64-31 درصد) نسبت به خاک کرک سفلا (5/35-5/21 درصد) شد. کاهش تنفس میکروبی و فعالیت آنزیم ها در اثر آلودگی کادمیوم در خاک بدون بیوچار (5/41-10 درصد) بیشتر از خاک دارای بیوچار کاه گندم (8/39-5 درصد) و کود گاوی (9/37-8/0 درصد) بود. نتایج همچنین نشان داد که فسفر قابل دسترس با افزودن بیوچار به خاک افزایش و با افزایش غلظت کادمیوم کاهش یافت؛ به طوری که بیشترین مقدار فسفر قابل دسترس در خاک بدون آلودگی کادمیم و دارای بیوچار کود گاوی مشاهده شد. همبستگی مثبت و معنی داری بین فسفر قابل دسترس با تنفس میکروبی (658/0-385/0 =r)، فعالیت فسفاتاز قلیایی (879/0-764/0 =r) و اسیدی (883/0-761/0 =r) بدست آمد که حاکی از آن بود که فعالیت میکروبی و آنزیم های موثر بر چرخه فسفر نقش بسزایی در قابلیت دسترسی فسفر خاک داشته اند.
    نتیجه گیری
    نتایج نشان داد که کاربرد بیوچار در خاک های آلوده به کادمیم می تواند با کاهش قابلیت دسترسی کادمیوم و افزایش فعالیت زیستی و فسفاتازهای قلیایی و اسیدی، زیست فراهمی فسفر را در خاک افزایش دهد. نوع بیوچار و خاک در این موضوع تاثیر گذار می باشد.
    کلیدواژگان: فعالیت زیستی، عناصر مغذی، زغال زیستی، فلز سنگین
  • جلال جلیلی، حمید زارع ابیانه* صفحات 67-86
    سابقه و هدف

    خیار یکی از سبزی های جالیزی نیمه گرمسیری با اهمیت اقتصادی است که به طور گسترده در سراسر جهان کشت می شود. به منظور رشد بهینه این گیاه در محیط گلخانه تامین نیاز رطوبتی خیار بسیار حایز اهمیت می باشد. از بین روش های مختلف آبیاری، دو روش آبیاری فتیله ای مویینگی و قطره ای به دلیل راندمان بالای آبیاری مورد توجه هستند. لذا پژوهش حاضر با هدف اثر بخشی روش آبیاری فتیله ای در مقایسه با روش آبیاری قطره ای بر عملکرد و برخی صفات رشدی گیاه خیار گلخانه ای در سه بافت مختلف خاک در شرایط کشت گلدانی در محیط گلخانه انجام شد.

    مواد و روش ها

    در این پژوهش، آزمایشی با دو دوره کشت به صورت فاکتوریل، بر پایه طرح کامل تصادفی در سه خاک لوم رسی CL با نماد (S1)، لوم رسی شنی SCL، (S2) و لوم شنی SL، (S3) تحت کشت خیار گلخانه ای رقم ناگین با دو روش آبیاری فتیله ای و قطره ای با برنامه تغذیه ای یکسان در سه تکرار انجام شد. گلخانه مورد استفاده از نوع تونلی با روکش پلاستیکی دارای یک دهانه به ارتفاع 3 متر، عرض دهانه 4/4 متر بود. کشت گیاه خیار در دو زمان نیمه اول اسفند و نیمه دوم مرداد سال بعد به روش گلدانی با بستر کشت خاکی، به صورت نشاکاری انجام شد. تحلیل آماری خصوصیات مورد بررسی شامل ارتفاع گیاه، وزن خشک ساقه، تعداد برگ ها، وزن میوه، تعداد میوه، طول ریشه اصلی، تعداد انشعاب ریشه، وزن خشک ریشه و وزن تر گیاه بود که پس از نمونه برداری در محیط نرم افزار SAS و ترسیم شکل ها در محیط Excel انجام شد.

    یافته ها

    نتایج آماری نشان داد تاثیر روش آبیاری، بافت خاک و اثرات متقابل آن ها بر صفات رویشی گیاه خیار معنی دار بود. اثر روش آبیاری بر صفات زایشی و اثر بافت خاک بر اندام ریشه ای در سطح یک درصد معنی دار بود. صفات رویشی ارتفاع ساقه، وزن خشک ساقه، مجموع برگ ها و صفات زایشی تعداد میوه، وزن کل میوه و صفات طول ریشه اصلی، تعداد انشعاب ریشه، وزن خشک ریشه و وزن کل گیاه در بافت خاک CL تحت تاثیر روش آبیاری قطره ای قرار گرفت. در آبیاری فتیله ای نیز عملکرد صفات زایشی و اندام ریشه در بافت خاک SL بهتر از سایر بافت ها بود. اثر آبیاری فتیله ای در صفت میوه تولیدی همانند زیست توده گیاهی در سه بافت خاک CL، SCL و SL از بافت خاک سنگین به سبک با مقادیر 98/760، 58/782 و 56/995 گرم، افزایشی و در آبیاری قطره ای با مقادیر 81/1315، 71/1131 و 22/736 گرم کاهشی بود. اثر آبیاری فتیله ای بر صفات اندام ریشه در هر سه بافت خاک تقریبا یکسان و تاثیر آبیاری قطره ای بر صفات ریشه در بافت های CL ، SCL و SL به ترتیب کاهشی بود.

    نتیجه گیری

    نتایج پژوهش نشان داد که روش فتیله ای در بخش زایشی نسبت به روش قطره ای ارجحیت نداشت، اما این روند در بخش رویشی برعکس بود. در روش آبیاری فتیله ای اگرچه نسبت به قطره ای در تولید خیار برتر نبود اما موفق بودن در کاربرد با توجه به مدیریت ساده سامانه با حذف تجهیزات پمپاژ و پیشرفته آبیاری، خودآبیار بودن و برتری آن در تولید صفات رویشی می تواند در گیاهان با ارزش اقتصادی در بخش رویشی موفق عمل نماید.

    کلیدواژگان: ارزیابی رشد، بافت خاک، شرایط گلخانه ای، آبیاری زیر سطحی، موئینگی
  • کامران محسنی فر*، عاطفه محمدزاده صفحات 87-105
    سابقه و هدف
    سوزاندن بقایای گیاهی یکی از معمولی ترین روش مدیریت زمین های زراعی است ولی نگرانی در مورد پیامدهای منفی زیست محیطی ناشی از آن در حال گسترش است. هدف از این پژوهش بررسی اثر آتش زدن کاه و کلش گندم بر آب گریزی خاک و تغییرات زمانی آن بر ویژگی های خاک است.
    مواد و روش ها
    به این منظور اقدام به جمع آوری بقایا و کاه کلش بجای مانده از مزارع گندم کرده و به ضخامت 0، 2 و 10 سانتی متر روی سطح خاک مزرعه قرار گرفت و آتش سوزی انجام شد. سپس در سه زمان (24 ساعت، 10 و 30 روز) پس از آتش سوزی همراه با شاهد (قبل از آتشسوزی) از لایه 0-5 سانتی متری خاک سطحی نمونه برداری و برخی ویژگی های خاک شامل واکنش خاک، هدایت الکتریکی، مواد آلی، درصد فراوانی ذرات خاک، نفوذپذیری، آب گریزی خاک به روش مولاریته قطره اتانول MED و زمان نفوذ قطره آب WDPT اندازه گیری شد. در مجموع 36 کرت (4*3*3) به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک کامل تصادفی اجرا شد. در روش WDPT با قرار دادن سه قطره آب با قطره چکان پزشکی روی سطح صاف خاک مدت زمان نفوذ و جذب قطره ها توسط خاک اندازه گیری شد. برای اندازه گیری مقدار نفوذ آب به خاک از آزمایش استوانه های دوگانه با سه تکرار اندازه گیری شد.
    یافته ها
    تجزیه واریانس اثر زمان آتش سوزی بر روی برخی از خصوصیات خاک منطقه مورد مطالعه نشان داد آتش سوزی روی خصوصیات خاک با احتمال 99 درصد برای هدایت الکتریکی، اسیدیته خاک، مواد آلی، شن، سیلت، رس، میانگین وزنی قطر، فسفر و سدیم معنی دار است. نتایج نشان داد که پس از انجام آتش سوزی مقدار نفوذ آب به خاک از 2/21 به 54/7 میلی متر بر ساعت کاهش یافت و هدایت الکتریکی، واکنش خاک، فسفر، پتاسیم و قابل جذب، سدیم تبادلی و سیلت به ترتیب 50/29، 53/2، 84/169، 68/5، 79/9 و 48/10 درصد افزایش یافت و مواد آلی، شن، رس و MWD به ترتیب 09/16، 67/13، 11/7 و 45/8 درصد کاهش پیدا کرد. نتایج نشان داد از نظر آب گریزی خاک منطقه در کلاس آب دوست قرار دارد که پس از گذشت 24 ساعت پس از آتش سوزی، WDPT به 67/55 ثانیه رسید و به خاک با آب گریزی کم تبدیل شد به طوری که با افزایش عمق، میزان بقایا و WDPT افزایش یافت و به حداکثر خود یعنی 67/79 ثانیه رسید.
    نتیجه گیری
    سوزاندن بقایای گندم مزارع شهرستان دزفول باعث افزایش عناصر غذایی خاک از جمله فسفر، پتاسیم، سدیم و درصد نسبی سیلت نسبت به قبل از آتش سوزی شد. پس از آتش سوزی و افزایش دمای خاک، کلاس آبگریزی خاک از آب دوست به کلاس آب گریزی کم تغییر کرد. نتایج نشان داد آب گریزی ناشی از آتش سوزی، بستگی به مدت زمان پس از آتش سوزی دارد به طوری که با گذشت زمان به سطح پایین تر برمی گردد و سپس تغییرات آن متوقف می شود. همچنین سوزاندن بقایا باعث کاهش نفوذپذیری خاک شد به طوری که کلاس نفوذپذیری از کلاس خیلی سریع به متوسط تغییر یافت. آتش سوزی و سوزاندن بقایای گیاهان باعث افزایش شوری و pH خاک شده که می تواند در کاهش راندمان محصول موثر باشد.
    کلیدواژگان: آب دوست، زمان نفوذ قطره آب، کلاس آبگریزی، قابلیت هدایت الکتریکی، نفوذپذیری
  • مرضیه صادقیان آقکندی، حسین رضایی*، کیوان خلیلی، فرشاد احمدی صفحات 107-125
    سابقه و هدف

    خشکسالی رویدادی است که هر ساله کشورهای زیادی را با کمبود آب مواجه می کند. اقلیم خشک و نیمه خشک و توزیع نامناسب بارندگی از نظر مکانی و زمانی سبب افزایش اثر منفی کمبود منابع آب در کشور ایران می باشد. در پژوهش حاضر وضعیت خشکسالی هواشناسی حوضه آبریز دریاچه ارومیه با استفاده از داده های شبکه ای بارش، دما و تبخیر و تعرق مرجع در 10 ایستگاه سینوپتیک از سال 1955-2019 مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور ابتدا عملکرد داده های شبکه ای CRU (Climatic Research Unit) و (Global Precipitation Climatology Center) GPCC در برآورد پارامترهای اقلیمی با استفاده از داده های زمینی ارزیابی شد. سپس از داده های شبکه ای جهت محاسبه شاخص شناسایی خشکسالی RDI (Reconnaissance Drought Index) استفاده گردید و پایش خشکسالی طی دوره آماری مشاهده مورد بررسی قرار گرفت.

    مواد و روش ها

    حوضه آبریز در شمال غرب ایران در استان های آذربایجان غربی، شرقی و کردستان قرار گرفته و مرز غربی آن ارتفاعات مرزی ایران و ترکیه است. در پژوهش حاضر در ابتدا با مراجعه به سازمان هواشناسی کشور داده های بارش و دمای ایستگاه های مورد مطالعه طی یک دوره 65 ساله (11955-2015) دریافت و پردازش شد. سپس جهت معرفی و استفاده از داده های شبکه ای برای مکان و زمان های فاقد آمار، از داده های بارش ماهانه GPCC و مولفه های (حداقل، متوسط و حداکثر) دماییCRU ، برای 10 ایستگاه همدیدی منتخب حوضه دریاچه ارومیه در طی دوره آماری استفاده شد. جهت تحلیل خشکسالی بلند مدت و محاسبه شاخص RDI از داده های بارش، دما و تبخیر و تعرق حاصل از داده های شبکه ای استفاده گردید.

    یافته ها

    در مطاعه حاضر برای واسنجی داده های مورد استفاده از دو رویکرد کلی استفاده شد. رویکرد اول عبارتست از اینکه کلیه داده های زمینی مستخرج از ایستگاه های هواشناسی به ترتیب زمانی در مقابل داده های شبکه ای ترسیم شده و یک رابطه رگرسیونی به آنها برازش داده می شود. در رویکرد دوم به تغییرات ماهانه داده های شبکه ای توجه شده و واسنجی برای هر ماه به صورت جداگانه انجام می شود. از این رو واسنجی ماهانه در ایستگاه ها برای داده های موجود انجام شد و نتایج نشان داد که خطای محاسباتی در داده های CRU برای دما و تبخیر و تعرق به مراتب کوچک تر بوده و توانسته است مقادیر داده های دما و تبخیر و تعرق را با خطای کمتر و عملکرد بهتر برآورد نماید. به عنوان مثال در ایستگاه ارومیه برای تخمین ETo، مقدار شاخص ارزیابی RMSE بین داده های زمینی و شبکه ای CRU، 0.918 میلی متر در روز می باشد. در حالیکه بعد از واسنجی این مقدار به 0.671 میلی متر در روز کاهش یافت. این روند کاهش خطا بین داده های زمینی و شبکه ای CRU در کلیه ایستگاه های مورد مطالعه نیز تکرار شده است. در ایستگاه های پیرانشهر و سقز برآورد تبخیر و تعرق مرجع با خطای بیشتری نسبت به سایر ایستگاه ها همراه بود. بطوریکه معیار MAE در ایستگاه های مذکور قبل از واسنجی به ترتیب 1.087 و 0.965 (mm/day) بوده و بعد از عمل واسنجی این شاخص به مقدار 0.309 و 0.467 (mm/day) کاهش یافته است. در این بخش علاوه بر شاخص های آماری از نمودار ویولنی برای نشان دادن توزیع داده ها نیز بهره گرفته شد. به طور کلی می توان نتیجه گرفت که داده های اقلیمی به دست آمده از پایگاه های اطلاعاتی CRU و GPCC مطابقت خوبی با مقادیر زمانی نشان می دهند اما اصلاح اریبی موجود در آنها همواره باید مورد توجه قرار گیرد.

    نتیجه گیری

    تحلیل خشکسالی های حوضه آبریز حاکی از آن است که از سال 2019-1998 RDI مقادیر منفی تری را به خود اختصاص داده که خشکسالی شدید را نشان می دهد و به عبارتی فعالیت های انسانی و شرایط اقلیمی را در منطقه با بحران مواجه می کند. نتایج پژوهش حاضر نشان دهنده عملکرد مناسب داده های شبکه ای CRU و GPCC در برآورد پارامترهای هیدرولوژیک بوده و توصیه می گردد در مناطقی که داده های ثبت شده زمینی طولانی مدت در دسترس نیست از پایگاه های اطلاعاتی فوق استفاده شود.

    کلیدواژگان: اصلاح اریبی، پایگاه اطلاعاتی داده های هواشناسی، خشکسالی هواشناسی، شاخص RDI
  • پردیس نیک داد، مهدی محمدی قلعه نی*، مه نوش مقدسی صفحات 127-146
    سابقه و هدف
    رطوبت خاک یکی از مهم ترین متغیرهای موردنیاز از جنبه های مختلف تحقیقاتی مانند کشاورزی (محاسبه بیلان آب در خاک، تعیین برنامه آبیاری، شاخص خشکسالی کشاورزی) و هیدرولوژیکی (نفوذ، رواناب، تغذیه) است. داده های رطوبت خاک اندازه گیری شده با وجود اینکه دقیق ترین داده های در دسترس محققین است، دارای معایبی مانند طول دوره ی آماری کوتاه مدت، داده های ناقص زیاد در برخی از ایستگاه ها، نقطه ای بودن آنها و عدم قابلیت تعمیم آنها به یک سطح مانند حوضه آبریز می باشد. داده های رطوبت خاک در پایگاه های جهانی این معایب را نداشته، اما قبل از استفاده دقت آنها باید مورد ارزیابی قرار گیرد. بر این اساس در پژوهش حاضر به منظور بررسی امکان استفاده از داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های جهانی در کشور ایران، دقت داده ها در این پایگاه ها مورد ارزیابی قرار گرفته است. هدف از این تحقیق ارزیابی دقت داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های جهانی بر اساس داده های اندازه گیری شده از متغیر رطوبت خاک در اقلیم های مختلف ایران می باشد.
    مواد و روش ها
    بدین منظور ابتدا داده های اندازه گیری شده ی رطوبت خاک در 43 ایستگاه هواشناسی کشاورزی کشور در 7 عمق مختلف (5، 10، 20، 30، 50، 70 و 100 سانتی متری از سطح خاک) با گام زمانی سه ساعته جمع آوری شد. پس از مرحله ی پیش پردازش روی داده های رطوبت خاک جمع آوری شده، تعداد 14 ایستگاه از اقلیم های مختلف ایران با طولانی ترین و کامل ترین داده های رطوبت خاک برای دو عمق 5 و 10 سانتی متری با گام زمانی ماهانه طی دوره ی 2021-2014 به منظور مقایسه با داده های پایگاه های جهانی انتخاب شدند. در مرحله ی بعد داده های رطوبت خاک در لایه های مختلف خاک از 5 پایگاه جهانی مختلف شامل GLEAM3.6a، ERA5، TERRA، MERRA2 و GLDAS2.1 با مقیاس زمانی ماهانه استخراج شد. رطوبت خاک سطحی در داده های اندازه گیری شده، میانگین رطوبت خاک در دو عمق 5 و 10 سانتی متری و در پایگاه های جهانی، لایه ی اول سطح خاک در نظر گرفته شد. ارزیابی دقت داده های رطوبت خاک سطحی پایگاه های مختلف به تفکیک 12 ماه سال و سری زمانی متوالی ماهانه با استفاده از سه معیار آماری شامل ضریب همبستگی پیرسون (R)، میانگین خطای اریبی (MBE) و خطای جذر میانگین مربعات نرمال شده (NRMSE) انجام شده است.
    یافته ها
    در بین ایستگاه های مورد بررسی، بیشترین و کمترین مقادیر ضریب همبستگی مربوط به ایستگاه های کهریز و زهک به ترتیب برابر با 55/0 و 04/0 است. در بین فصول سال، بیشترین همبستگی در فصل بهار، ماه آوریل برابر 51/0، و کمترین همبستگی در فصل تابستان، ماه سپتامبر برابر 11/0، بدست آمده است. بالاترین همبستگی ها مربوط به پایگاه GLEAM به خصوص در ماه های می، ژوین، نوامبر و دسامبر است. نتایج معیار MBE حاکی از کم برآورد رطوبت خاک اکثر پایگاه ها در ایستگاه های اقلیم مرطوب و نیمه مرطوب (ایستگاه های گرگان، قراخیل و آمل) دارد. پایگاه GLEAM با محدوده برابر با]13/0+ ~ 03/0-[، کمترین تغییرات MBE را در بین پایگاه های مورد بررسی دارد. به طور میانگین، بیشترین دقت مربوط به پایگاه ERA5 به خصوص در اقلیم مرطوب با NRMSE برابر 29/0 می باشد. در کنار آن کمترین دقت در بین پایگاه های مورد بررسی مربوط به پایگاه GLDAS به ویژه در اقلیم خشک با NRMSE برابر با 16/2 است.
    نتیجه گیری
    نتایج تحقیق حاضر نشان می دهد که دقت پایگاه داده های جهانی رطوبت خاک با توجه به زمان و مکان مورد بررسی متفاوت می باشد. تحقیق حاضر در راستای انتخاب پایگاه داده مناسب با بیشترین دقت و با توجه به تغییرات زمانی- مکانی متغیر رطوبت خاک، نتایج کاربردی را در اختیار محققین قرار می دهد.
    کلیدواژگان: اقلیم، ایستگاه هواشناسی کشاورزی، پایگاه داده جهانی، تغییرات زمانی- مکانی، رطوبت خاک سطحی
  • رها رباطی، فاطمه اسماعیلی، رضا خلیلی، علی مریدی* صفحات 147-157
    سابقه و هدف

    رودخانه هراز، به عنوان یکی از رودخانه های مهم ترین در شمال ایران می باشد که بستر حیات بسیاری از موجودات آبزی و منبع تامین آب بسیاری از فعالیت های تجاری و صنعتی پویا در حاشیه ی خود هست . در این مطالعه به کمک شاخص های کیفیت آب سطحی ایران (IR-WQIsc) و شاخص کیفیت بنیاد ملی بهداشت (NSF-WQI) به ارزیابی کیفی آب رودخانه هراز پرداخته شد .

    مواد و روش ها

    نمونه برداری از آب رودخانه هراز، از عمق 30 سانتیمتر و در بخش میانی مقطع رودخانه در طول یک سال (1400-1399) به صورت ماهانه در ساعات ابتدایی روز انجام شد و پارامترهایی مانند دمای آب، pH، (DO)، رسانایی الکتریکی (EC)، (TDS)، کدورت، (N-NH+4)، (N-NO3)، (PO4)، (BOD5)، (TSS) اندازه گیری و مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفت .

    یافته ها

    بر اساس نتایج شاخص IR-WQISC کیفیت آب رودخانه هراز در فصل بهار از بالادست به پایین دست از کیفیت نسبتا خوب به کیفیت نسبتا بد می رسد و این شرایط برای فصول پاییز و زمستان نیز تکرار می شود با این تفاوت که بهترین کیفیت آب بالادست مربوط به فصل بهار و بهترین کیفیت آب پایین دست مربوط به زمستان بوده است. آب این رودخانه در فصل تابستان از کیفیت پایین تری نسبت به دیگر فصول برخوردار بود . به طور متوسط کیفیت آب طبق شاخص IR-WQISC در فصول بهار و پاییز و زمستان از کیفیت «نسبتا خوب» برخوردار است ولی در فصل تابستان کیفیت آب تا حد کیفیت «متوسط» پایین می آید. بر اساس نتایج شاخص NSF-WQI کیفیت آب رودخانه در فصل بهار به طور متوسط بهترین کیفیت و در فصل تابستان پایین ترین کیفیت را دارد. در فصول پاییز و زمستان کیفیت آب شرایط مشابهی دارد و به طور میانگین کیفیت آب در سطح «متوسط» قرار دارد. در یک مقایسه ی کلی بین تمام فصول سال، فصل تابستان در هر سه ایستگاه پایین ترین کیفیت آب را داشت .

    نتیجه گیری

    با توجه به کیفیت تعیین شده طبق شاخص های کیفی آب در فصول مختلف، می توان گفت که در فصل تابستان با توجه به هجوم گردشگران به مناطق شمالی کشور و شرایط محیطی مثل افزایش دما آب نسبت به سایر فصول سال از کیفیت کمتری برخوردار است . همچنین به دلیل افزایش تراکم جمعیت در مسیر رودخانه از بالادست به پایین دست، کیفیت آب در منطقه بالادست بهتر از منطقه میان دست و در منطقه میان دست بهتر از منطقه پایین دست هست. درنهایت نتایج دو روش با یکدیگر مقایسه شده و مشخص می شود که نتایج ازنظر کمی تا حدودی مشابهت دارند اما شاخص IR-WQISC طبقه بندی دقیق تری ارایه می دهد .

    کلیدواژگان: رودخانه هراز، ارزیابی کیفی آب، آلودگی آب، IR-WQISC، NSF-WQI
|
  • Javad Zahiri *, Adell Moradi Pages 1-22
    Background and objectives
    The average annual evaporation rate in Iran is 2100 millimeters, which is three times the global average. This figure indicates that if the evaporation rate of reservoirs decreases with appropriate methods, we can make better use of these resources. Neglecting the high evaporation rate in the country has caused billions of cubic meters of water to evaporate from the reservoirs of more than 600 dams in the country every year. In this research, the effectiveness of composite plates in reducing evaporation from the free surface of water under real conditions was studied.
    Materials and methods
    The present study was conducted in the meteorological station of Ahvaz airport, with a geographical latitude of 31° 32', a geographical longitude of 48° 66', and an altitude of 16 meters above sea level. Class A evaporation pans with a diameter of 120.7 millimeters and a depth of 25 centimeters made of galvanized iron were used. All experiments were conducted between July and December 2022. In this study, composite plates with aluminum coating were used to reduce evaporation from the water surface with a thickness of 4 millimeters and consisted of two layers of aluminum sheet in the outer shell and a layer of polyethylene in the middle were used. In order to investigate the effectiveness of composite plates, floating balls, which are a relatively common method of reducing evaporation, used. In addition, the effect of various meteorological variables such as temperature, relative humidity percentage, average vapor pressure, wind speed and solar radiation on the efficiency of composite panels was investigated. Two-way analysis of variance was used to investigate the effect of various weather variables on the performance of composite plates.
    Results
    Experiments showed that square composite plates had an efficiency of 69%, triangular composite plates had an efficiency of 67%, and floating balls had an efficiency of 73% in reducing evaporation from the water surface. Therefore, floating balls had a slightly greater effect on reducing evaporation from the free surface. The empty space between square composites, due to their larger dimensions compared to triangular composites, is less, which can be considered as one of the reasons for the reduction of evaporation in square composites compared to triangular composites. According to the results of the analysis of variance, two parameters, relative humidity and wind speed, have a significant effect on the efficiency of composite plates in reducing evaporation from the water surface. Based on the results of the analysis of variance considering the interaction effects, none of the interaction effects have a significant effect on the efficiency of composite plates. However, considering the interaction effects in addition to the main effects increased the R-squared value of the created model to 0.669, which indicates that the interaction effects had a contribution of about 0.2 to this value.
    Conclusion
    Based on the results of the analysis of variance considering the main effects, two parameters, relative humidity and wind speed, have a significant effect on the efficiency of composite panels in reducing evaporation from the water surface. Relative humidity has an effect of 0.182, and wind speed has an effect of 0.197 on the efficiency of composite panels. Relative humidity and wind speed are among the parameters that have a significant impact on the rate of evaporation from the water surface, causing a decrease and an increase in evaporation from the water surface, respectively. The presence of composite panels has greatly reduced the effect of these two parameters on the evaporation rate from the water surface.
    Keywords: Composite plates, Evaporation, Analysis of variance, Interaction effects
  • Reza Saeidi * Pages 23-44
    Background and objectives
    For reduction of water deficiency effects in agricultural sector, it is needed to management of optimal water consumption. Irrigation scheduling should be based on the actual water requirement during the crop growth period. So that the crop growth stages sensitivity is considered in the water uptake process. The application of water uptake reduction functions (α(h)) in water stress conditions, is one of methods for irrigation scheduling. In past researches, the calibration and evaluation of water uptake reduction functions have been done by constant coefficients in the crop growth period. But the aim of this research, is to compare the water uptake reduction functions by application of constant and separate coefficients, in crop growth stages. Therefore, the accuracy of estimation of actual α(h) data, is investigated in crop growth period.
    Materials and methods
    This research was conducted on maize S. C 704, in Qazvin region. The mini-lysimeter with diameter of 40 cm and height of 70 cm was used for crop cultivation. The main factor was defined as soil water depletion at levels of 45%(I1), 55%(I2), 60%(I3), 65%(I4), 70%(I5), 75%(I6), 80%(I7) and 85%(I8), relative to total available water. Sub main factor was selected as the sensitivity to water stress in growth stages of initial (P1), development (P2), mid (P3) and late (P4). So that, the effect of soil water depletion (water stress) on water uptake amount, was investigated in maize growth stages (as separately). The experiment was performed as factorial and in a completely randomized design, with 32 treatments and three repetitions. Daily soil moisture was measured by moisture meter (HH2 model and made by ΔT company). For simulation the water uptake reduction (in water stress conditions), were applied the models of Van Genuchten (1987), Dirksen et al (1988) and Homaee et al (2002). The actual data of α(h) in I1, I3, I5 and I7 treatments, were used for models calibration. For this work, the models coefficients were estimated constantly (in whole growth period) and variably (in 4 growth stages). The models evaluation were performed for estimation of α(h) actual values in I2, I4, I6 and I8 treatments. The statistics indicators of CRM, EF, R2, RMSE and ME were used for models evaluation.
    Results
    The effect of soil water depletion and crop growth stages sensitivity on water uptake, was significant at the level of 1%. From I1 to I8 treatments, the water uptake amount in the whole of growth period, was decreased by slope of 7.4%. But the water uptake amounts in the initial, development, mid and late stages were decreased to 5%, 6.9%, 9% and 4.6%, respectively. As a result, the most sensitive growth stage of maize (relative to water stress) was included the mid, development, initial and late, respectively. The models calibration showed that in a specific model, the function coefficients amounts were different in growth stages (compared to whole of growth period). The best priorities for optimal model choosing, was assigned to application of separate coefficients in the crop growth stages. Among the different models, the Van Genuchten model with statistical indices of CRM=0.032, EF=0.928, R2=0.942, RMSE=0.057 and ME=0.1, was determined as the optimal model.
    Conclusion
    The results of this research showed that the modeling accuracy was increases, by application of variable coefficients in water uptake reduction functions. Due to different sensitivity in crop growth stages, is done a better estimation of actual water uptake amount, in water stress conditions. As a result, the actual crop water requirement is calculated by more accurately. Also, the water consumption amount is considered according to actual crop needs, which will cause to better management of water resources.
    Keywords: Growth stage sensitivity, Modeling, Stress coefficient, Water requirements
  • Safoora Nahidan *, Solmaz Sepahvand Pages 45-65
    Background and objectives
    Phosphorus (P) is one of the most important components and a limiting factor for the growth of plants due to its low mobility and availability in soil. Application of organic materials such as biochar is one of the main choices to increase the availability of P in soil. Biochar is a carbon-rich material derived from pyrolysis of organic feedstocks under limited or no oxygen conditions. Biochar can influence the availability of P by improving the physicochemical, biological, and enzymatic conditions of soil, in addition to directly increasing the concentration of nutritional elements, particularly P. Soil pollution by heavy metals such as Cadmium (Cd) has been one of the environmental concerns in the last several decades. Cadmium alters the activity and diversity of soil microbial communities, and it also lessens soil function by decreasing the activity of enzymes related to nutrient cycling. Application of organic materials such as biochar in contaminated soil can reduce the availability of heavy metals in the soil, and as a result, increase the biological properties. It is hypothesized that application of biochar in heavy metal-contaminated soil influences the availability of P not only directly but also indirectly by improving microbial and enzymatic activity. This issue depends on the type of biochar and soil. Therefore, this study was conducted to investigate the interaction effect of biochar (cow manure and wheat straw) and Cd on microbial respiration, acid and alkaline phosphatase activity and available P in two soils with different physicochemical characteristics.
    Materials and methods
    A factorial experiment was conducted using a completely randomized design with three replicates. The experimental factors included 4 levels of Cd contamination (0, 5, 10 and 20 mg kg-1), 3 levels of biochar (control, wheat straw and cattle manure biochar) and 2 types of soil (corck sofla and research center). Two types of soil contaminated with different amounts of Cd from CdCl2, were amended with 2.5% of the biochar, then were incubated for 14 and 90 days at laboratory temperature and 70% field capacity. At the end of each incubation time, available Cd and P, basal respiration and acid and alkaline phosphatase activity were measured.
    Results
    The application of cattle manure and wheat straw biochar in soil reduced the available Cd by 70-86% and 61-85%, respectively. At all levels of Cd contamination, the amount of available Cd in the research center soil with sandy loam texture was higher than that of the Kark Sefala soil with clay texture. Higher concentrations of Cd also reduced the microbial respiration and the enzyme activities in the research center (31-46%) more than in the corck sofla (21.5-35.5%) soil. The decrease in microbial respiration and enzyme activities due to Cd contamination in the soil without biochar (10-41.5%) was more than the soil amended with wheat straw (5-39.8%) and cow manure (0.8-37.9%) biochar. The results also showed that available P increased with biochar addition and decreased with increasing Cd concentration in soil, so that the highest amount of available P was observed in the soil amended with cow manure biochar and without Cd contamination. Positive and significant correlation between available P with microbial respiration (r=0.385-0.604), alkaline (r=0.764-0.879) and acid (r=0.761-0.883) phosphatase activity was obtained, indicating that microbial activity and the enzymes involved in P cycling, play a significant role in the availability of P in the soil.
    Conclusion
    These findings indicated that the application of biochar in Cd-contaminated soils can increase the bioavailability of P in the soil by decreasing the availaility of Cd and increasing microbial activity and alkaline and acid phosphatase activity. This issue was affected by the biochar and soil type.
    Keywords: Microbial activity, Nutrient elements, Biochar, Heavy metal
  • Jalal Jalili, Hamid Zare Abyaneh * Pages 67-86
    Background and objectives

    The cucumber is one of the semi-tropic vegetables of economic importance that is widely cultivated worldwide. To optimally grow this plant in the greenhouse environment, the requirements for cucumber moisture should be fulfilled. Due to the high efficiency of the irrigation method, two methods of capillary wick irrigation and drip irrigation, among the different irrigation methods, are of interest for this purpose. Thus, the current research was undertaken to determine the effectiveness of the wick irrigation method compared to the drip irrigation method on the yield and some growth characteristics of greenhouse cucumber plants in three different soil textures under the conditions of pot cultivation in the greenhouse environment.

    Materials and methods

    This study was conducted for two cultivation periods as a factorial, based on a complete randomized design with three replications in different soil textures including clay-loam (CL) marked with (S1), sandy-clay-loam (SCL) marked with (S2), and sandy-loam (SL) marked with (S3) on greenhouse cucumber Nagene cultivar with two methods of capillary wicking and drip irrigation as well as same nutrition program. The greenhouse used in this project was in the form of a tunnel with a plastic coating, with a height of 3 meters, and an opening width of 4.4 meters. The cultivation of the cucumber plant was carried out in the first half of March and the second half of August of the following year using a pot method with a soil culture bed. Several investigated characteristics, including plant height, stem dry weight, number of leaves, fruit weight, fruit number, main root length, number of root branches, root dry weight, and plant fresh weight were subjected to statistical analysis after sampling as well as measuring in SAS and Excel environment.

    Results

    The results revealed that the effect of irrigation method, soil texture, and their interactions on vegetative traits of cucumber, the effect of irrigation method on vegetative and reproductive traits, and the impact of soil texture on root organs were different at 0.01 level of significance. In the vegetative part, the stem height, stem dry weight, total leaves, total plant weight; and in the reproductive part, the number of fruits and total fruit weight; and in the root section, the root length, number of root branches, and dry root weight in soil texture CL were affected by drip irrigation method. In wick irrigation, the reproductive traits and root organs in SL soil texture outperformed others. The effect of wick irrigation on fruit production and plant biomass was observed to increase in three soil textures of CL, SCL, and SL with values of 760.98, 782.58, and 995.56 grams, respectively; in drip irrigation, it was observed to increase with values of 1315.81, 1131.71, and 736.22 grams respectively. In all three soil textures, the effect of wick irrigation on root organ traits was almost the same, while the influence of drip irrigation on root traits in CL, SCL, and SL textures diminished, respectively.

    Conclusion

    The results indicated that in the reproductive part and root organ, the wick method was not preferable to the drip method, while the opposite trend was observed in the vegetative part. Although the wick irrigation method was not superior to drip irrigation in the production of cucumber, being successful in its application due to the simple management of the system by eliminating pumping and advanced irrigation equipment, its self-irrigation and its superiority in the production of vegetative traits can be successful in plants with economic value in the vegetative sector.

    Keywords: ‎Growth assessment, soil texture, Greenhouse ambiance, Sub-surface irrigation, Capillary
  • Kamran Mohsenifar *, Atefhe Mohamadzadeh Pages 87-105
    Background and objectives
    Burning plant residues is one of the most common methods of agricultural land management, but the concern about its negative environmental consequences is spreading. The purpose of this research is to investigate the effect of burning wheat straw and stubble on soil water repellency and its temporal changes in soil properties.
    Materials and methods
    For this purpose, the remains and stubble left from the wheat fields were collected and placed on the surface of the field with a thickness of 0, 2, and 10 cm, and fire was carried out. Then, three times (24 hours, 10 and 30 days) after the fire, together with the Blank (before the fire), samples were taken from the 0-5 cm layer of the surface soil and some soil characteristics including soil pH, Electrical conductivity (EC), Organic matter (OM), abundance percentage of soil particles, permeability, soil water repellency were measured using molarity of ethanol droplet (MED) and water drop penetration time (WDPT). A total of 36 plots (4*3*3) were factorial designs implemented in a randomized complete block. In the WDPT method, by placing three drops of water with a medical dropper on the smooth surface of the soil, the duration of penetration and absorption of the drops by the soil was measured. To measure the amount of water infiltration into the soil, it was measured with three repetitions of the double cylinder test.
    Results
    Variance analysis of the effect of fire time on some soil characteristics of the studied area showed that fire affects the soil characteristics with a probability of 99% for electrical conductivity, soil pH, organic matter, sand, silt, clay, Mean Weight Diameter, phosphorus and Sodium. The results showed that after the fire, the amount of water infiltration into the soil decreased from 21.2 to 7.54 mm/h and electrical conductivity, soil reaction, phosphorus, potassium and absorbable, exchangeable sodium and silt were 29.50, respectively. 2.53, 169.84, 5.68, 9.79 and 10.48% increased and organic matter, sand, clay and MWD decreased by 16.09, 13.67, 7.11 and 45.8% respectively. The results showed that in terms of hydrophobicity, the soil of the region is in the Wettable class, after 24 hours after the fire, the WDPT reached 67.55 seconds and it turned into a soil with Slightly Water Repellency, so that with increasing depth, the number of residues and WDPT increased and reached its maximum of 67.79 seconds.
    Conclusion
    The burning of wheat residues in the fields of Dezful City increased soil nutrients including phosphorus, potassium, sodium and the relative percentage of silt compared to before the fire. After the fire and the increase in soil temperature, the hydrophobicity class of the soil changed from hydrophilic to low hydrophobicity. The results showed that the water repellency caused by fire depends on the duration of time after the fire so that it returns to a lower level with the passage of time and then its changes stop. Also, burning the residues decreased the permeability of the soil so that the permeability class changed from Very rapid to medium. Fire and burning of plant remain increase soil salinity and pH, which can be effective in reducing crop efficiency.
    Keywords: Hydrophilicity, Water drop penetration time, Water Repellency Class, Electrical conductivity, Permeability
  • Marzie Sadeghian Aghkandi, Keivan Khalili, Farshad Ahmadi Pages 107-125
    Background and objectives

    Drought is a natural event that faces many countries with water shortage every year. Arid and semi-arid climate and improper distribution of rainfall in terms of space and time have increased the negative effect of water resources in Iran. In the present study, the meteorological drought condition of the Urmia Lake catchment was investigated using network data of precipitation, temperature and evapotranspiration in 10 synoptic stations from 1955- 2019. For this purpose, the performance of network data of CRU (Climatic Research Unit) and GPCC (Global Precipitation Climatology Center) in estimating climatic parameters using ground data was evaluated. Then, network data was used to calculate RDI (Reconnaissance Drought Index) and drought monitoring was observed and analyzed during the statistical period study.

    Materials and methods

    The watershed is located in the northwest of Iran in the provinces of West and East Azerbaijan and Kurdistan, and its western border is the heights of Iran and Turkey. In the present research, at first, by referring to the Meteorological Organization of the Iran, the rainfall and temperature data of the studied stations were received and processed during a period of 65 years (1955-2019). Then, in order to introduce and use network data for places and times without statistics, from monthly precipitation data GPCC and (minimum, average and maximum) temperature components of CRU was used for 10 selected synoptic stations of Urmia Lake basin during the statistical period. In order to analyze the long-term drought and calculate the RDI index, the data of precipitation, temperature and evapotranspiration obtained from the network data were used.

    Results

    In this study, two general approaches were used to calibrate the data used. The first is that all ground data extracted from meteorological stations are drawn in against the network data and a regression relationship is fitted to them. In the second, the monthly changes of the network data are taken into consideration and the calibration is done for each month separately. Therefore, monthly recalibration was done in all stations for the available data and the results showed that the calculation error in the CRU data for temperature and evapotranspiration was much smaller and the temperature data values were able to estimate evapotranspiration with less error and better performance. For example, in Urmia station for ETo estimation, the value of the RMSE evaluation index between ground and CRU data is 0.918 mm/ day. While after calibration, this value decreased to 0.671 mm/day. This process of reducing the error between ground data and CRU has been repeated in all the stations studied. In Piranshahr and Saqez stations, the estimation of reference evapotranspiration was associated with more error than other stations. So that the MAE standard in the mentioned stations before calibration was 1.087 and 0.965 mm/day, respectively, and after calibration, this index decreased to 0.309 and 0.467 mm/day. In this section, in addition to statistical indicators, a violin chart was also used to show the data distribution. In general, it can be concluded that the climate data obtained from the CRU and GPCC databases show a good agreement with the time values, but the bias correction in them should always be considered.

    Conclusion

    The analysis of droughts in the catchment area indicates that from 1998-2019, RDI has more negative values, which indicates severe drought, and in other words, human activities and climatic conditions in the region with It faces a crisis. The results of the present study show the appropriate performance of CRU and GPCC network data in estimating hydrological parameters and it is recommended to use the above databases in areas where long-term ground data is not available.

    Keywords: Bias Correction, Meteorological database, meteorological drought, RDI index
  • Pardis Nikdad, Mehdi Mohammadi Ghaleni *, Mahnoosh Moghaddasi Pages 127-146
    Background and Objectives
    Soil moisture is one of the most important variables required from different aspects of research such as agriculture (soil water balance, irrigation schedule, agricultural drought index) and hydrology (infiltration, runoff, recharge). Although the measured soil moisture data is the most accurate data available to researchers, it has disadvantages such as the length of statistical period, missing data in some stations, point source and the inability to extend them to an area such as a basin. Soil moisture data in global products do not have these disadvantages, but their accuracy must be evaluated before using. In the present study, in order to investigate the possibility of using surface soil moisture data from global products in Iran, the accuracy of the global products databases has been evaluated. The main aim of this research is to evaluate the accuracy of surface soil moisture data of global products based on the measured data of soil moisture variable in different climates of Iran.
    Materials and Methods
    In this regard, the measured data of soil moisture in 43 agricultural meteorological stations across Iran were collected at 7 different depths (5, 10, 20, 30, 50, 70 and 100 cm from the soil surface) with a time step of three hours. After the preprocessing on the collected data, 14 stations from different climates of Iran with the longest and most complete soil moisture data for two depths of 5 and 10 cm with a monthly time step during the period of 2014-2021 were selected in order to compare with the data of global products. In the next step, soil moisture data in different soil layers were extracted from 5 different global products including GLEAM3.6a, ERA5, TERRA, MERRA2 and GLDAS2.1 with a monthly time scale. Surface soil moisture in the measured data, the average soil moisture at two depths of 5 and 10 cm, and in global products, the first layer of the soil surface was considered. The evaluation of the accuracy of surface soil moisture data has been done using three statistical criteria including Pearson's correlation coefficient (R), Mean Bias Error (MBE) and Normalized Root Mean Square Error (NRMSE).
    Results
    Generally, among the studied stations, the highest and lowest values of correlation coefficient are 0.55 and 0.04 respectively for Kahriz and Zahak stations. Between the seasons, the highest correlation has been obtained in the spring, April, equal to 0.51, and the lowest correlation has been obtained in the summer, September, equal to 0.11. The highest correlations are related to the GLEAM product, especially in the months of May, June, November and December. The results of MBE indicate that soil moisture is underestimated in most stations in humid and semi-humid climate stations (Gorgan, Karakhil and Amol stations). The GLEAM products with a range of [-0.03 ~ +0.13] has the least MBE changes among the studied products. The highest accuracy related to the ERA5 product, especially in the humid climate with NRMSE equal to 0.29. In addition, the lowest accuracy among the studied products is related to the GLDAS, especially in dry climate with NRMSE equal to 2.16.
    Conclusion
    The results of this research show that the accuracy of the global products of soil moisture varies according to the temporal and spatial of case study. In order to select the appropriate product with the high accuracy based on the spatiotemporal changes of soil moisture, the present research provides practical results to the researchers.
    Keywords: Agricultural meteorological station, Climate, Global product database, Surface soil moisture, Spatiotemporal variation
  • Raha Robati, Fatemeh Esmaeili, Reza Khalili, Ali Moridi * Pages 147-157
    Background and Objectives

    Situated in northern Iran, the Haraz River stands out as a significant ecosystem, hosting diverse aquatic life and serving as a vital water source for dynamic commercial and industrial activities in its vicinity. This study employed both the Iran Surface Water Quality Indicators (IR-WQIsc) and the National Health Foundation Quality Index (NSF-WQI) to evaluate the water quality of the Haraz River.

    Materials and Methods

    Monthly water samples were collected from the central segment of the Haraz River, at a depth of 30 cm, throughout the year (1399-1400). An array of parameters including water temperature, pH, dissolved oxygen (DO), electrolyte conductivity (EC), total dissolved solids (TDS), turbidity, ammonium nitrogen (N-NH+ 4), nitrate nitrogen (N-NO3), phosphate (PO4), biochemical oxygen demand (BOD5), and total suspended solids (TSS) were meticulously measured and subjected to analysis.

    Results

    According to the IR-WQIsc index, the Haraz River's water quality shifts from relatively good in the upstream direction to relatively poor as it progresses downstream during the spring, autumn, and winter seasons. Notably, spring marks the peak of upstream water quality, while winter exhibits the highest downstream quality. However, during summer, the river's water quality is comparably lower than in other seasons. On average, as per the IR-WQIsc index, water quality is categorized as "relatively good" during spring, autumn, and winter, while it declines to a "moderate" level in summer. Conversely, analysis using the NSF-WQI index reveals that river water quality is at its best during spring and least favorable in summer. In autumn and winter, water quality demonstrates consistent patterns and maintains an average level. An in-depth interseasonal assessment consistently identifies the summer season as having the lowest water quality across all three monitoring stations.

    Conclusion

    The assessment of water quality across seasons through distinct indicators yields insightful findings. The summer season experiences reduced water quality due to tourist activity in northern regions and environmental factors such as heightened temperatures. Furthermore, a discernible trend emerges wherein water quality demonstrates improvement from downstream to upstream, likely influenced by population density fluctuations along the river's trajectory. Conclusively, a comparative analysis of the two methods indicates a degree of concurrence in water quality assessment outcomes. However, the IR-WQIsc index emerges as a more precise classifier, underscoring its efficacy in such evaluations.

    Keywords: Haraz River, water quality evaluation, Water pollution, IR-WQISC, NSF-WQI