علوم آب و خاک

پژوهش حاضر با هدف تحلیل کمی و کیفی مصرف آب کشاورزی در استان مرکزی، به محاسبه و بررسی مصرف آب در سطح ۱۸ محصول زراعی و ۱۲ شهرستان با استفاده از ردپای آب به‌عنوان شاخصی جامع پرداخته است. در این راستا، بررسی هم‌زمان سه مؤلفه ردپای آب آبی، سبز و خاکستری به‌عنوان ابزاری تحلیلی برای ارزیابی میزان و نحوه مصرف آب صورت گرفت. در این مطالعه از داده‌های هواشناسی، کشاورزی و مصرف نهاده‌ها در سال زراعی ۱۴۰2–۱۴۰1 استفاده  شده و مقادیر ردپای آب به‌صورت واحد و کل برحسب محصول و شهرستان برآورد شده‌اند. نتایج نشان داد که BWFU به‌شدت تحت‌تأثیر عوامل مکانی (اقلیم و بارش) و ویژگی‌های گیاهی (عملکرد، نوع محصول و دوره رشد) قرار دارد. تفاوت BWFU تا ۹۸% در میان محصولات مختلف و تفاوت بیش از ۹ برابری GWFU در اراضی دیم نسبت به فاریاب دیده شد. همچنین مقادیر GRWFU برای بسیاری از محصولات از BWFU فراتر رفت که بیانگر بار آلاینده قابل‌توجه ناشی از مصرف کودهای شیمیایی است. علاوه بر عوامل مکانی و ویژگی‌های گیاهی، اختلاف  MCM223 بینشهرستان‌های ساوه و آشتیان و اختلافMCM52/7 بین شهرستان‌های شازند و محلات به‌ترتیب در BWF و GWF نشانگر تفاوت مکانی در BWFU و سطح کشت است. همچنین اختلاف  MCM137 بین GRWF شهرستان‌های اراک و آشتیان علاوه بر سطح کشت، تحت تأثیر میزان و نوع کود مصرفی قرار دارد. اقدامات مدیریتی پیشنهادی در کنار بهبود عملکرد، شامل کاهش سطح کشت محصولات پرمصرف، توسعه اراضی دیم در نواحی پربارش، بهینه‌سازی مصرف نهاده‌ها و اصلاح الگوی کشت متناسب با منابع و شرایط اقلیمی به‌منظور حفظ کمیت و کیفیت منابع آب توصیه می‌شود. بر این اساس، نتایج پژوهش قابلیت شاخص ردپای آب را در تحلیل مکان‌محور و محصول‌محور مصرف آب و تدوین واکنش‌های مدیریتی بیان می‌کند.

تغییر اقلیم بر عملکرد و بهره‌وری آب محصولات زراعی تأثیرات قابل‌توجهی دارد. هدف این مطالعه ارزیابی تأثیر تغییر اقلیم بر عملکرد بیولوژیک و دانه و میزان مصرف و بهره‌وری مصرف آب (WUE) دو ژنوتیپ جو (گوهران و ریحان 03) در تاریخ‌های مختلف کاشت پاییزه و بهاره با استفاده از مدل CERES-Barley نرم‌افزار DSSAT بود. بخش میدانی این مطالعه در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان (نجف‌آباد) برای جمع‌آوری داده‌های واسنجی و ارزیابی مدل انجام شد. داده‌های هواشناسی در بازه زمانی 2016–2003 از ایستگاه نجف‌آباد و داده‌های برآوردشده برای بازه زمانی 2050–2020 با استفاده از مدل مارکسیم تحت سناریو RCP 8.5 به‌دست آمد. تاریخ‌های کاشت در بازه 35- تا 35+ روز از تاریخ اصلی (30 مهر برای کشت پاییزه و 13 اسفند برای کشت بهاره) در نظر گرفته شدند. مدل مورد استفاده با دقت زیاد برای صفات روز تا گرده‌افشانی، روز تا رسیدگی، سطح برگ و عملکرد دانه و بیولوژیک واسنجی شد. تغییر اقلیم، به‌ویژه افزایش دما، عملکرد دانه و بیولوژیک را در هر دو فصل کاشت کاهش داد؛ اما عملکرد بیولوژیک به ویژه در کاشت بهاره کاهش بیشتری پیدا کرد. در بازه 2050–2040، بیشترین میزان مصرف آب در پاییزه (387/5 میلی‌متر برای گوهران) و کمترین میزان آن در کاشت بهاره (239 میلی‌متر برای ریحان 03) به‌دست آمد. تأخیر 25–20 روزه در کاشت پاییزه، بهره‌وری مصرف آب را بهبود داد؛ درحالی‌که کاشت زودهنگام 20-10 روزه در کاشت بهاره، به دلیل بهره‌گیری از دماهای خنک‌تر بهره‌وری مصرف آب را افزایش داد. میزان تبخیر -تعرق در کشت پاییزه (تا 399 میلی‌متر) افزایش، ولی در کشت بهاره (تا 267 میلی‌متر) کاهش یافت. رقم ریحان 03 به دلیل  زودرس‌تر بودن، تحت تأثیر تغییر اقلیم در کاشت بهاره نسبت به رقم گوهران کاهش عملکرد کمتری را نشان داد. به طور کلی نتایج این مطالعه نشان داد که در شرایط مشابه این مطالعه، از طریق تغییر تاریخ کاشت می‌توان اثرات منفی تغییر اقلیم بر رشد و عملکرد گیاه جو را کاهش داد و پایداری تولید این گیاه را بهبود بخشید. 

کمبود آب، ردپای آب کشاورزی را به شاخصی مهم برای مدیریت پایدار منابع به ویژه در مناطق خشکی مانند ایران تبدیل کرده است. این شاخص وابسته به عوامل مختلفی از جمله اقلیم، میزان عملکرد، عادات غذایی مردم و راندمان آبیاری و کشاورزی است که می توان با بهره گیری از مدل ها آن را با سرعت بیشتری برآورد کرد. مدل SSM-iCROP2 دسته ای از مدل های شبیه سازی است که در ایران برای بیش از 30 گونه گیاهی پارامتریابی و ارزیابی شده است و در بیشتر مطالعات مربوط به عملکرد گیاهی استفاده شده است. از آنجایی که شکر یکی از منابع مهم تأمین انرژی در سبد غذایی است، سطح زیر کشت وسیعی را در کشور به خود اختصاص داده است. شکر حاصل از نیشکر در کشور به طور عمده در استان خوزستان کشت می شود. در این مطالعه با هدف معرفی مدل نام‌برده در برآورد ردپای آّب آّبی و سبز این محصول استراتژیک در کشور از روش بزرگ‌مقیاس‌نمایی برای شرایط پتانسیل و کشاورزان در بازه زمانی 1371 تا 1401 استفاده شد. نتایج نشان داد میزان ردپای آب کل نیشکر در کشور که حاصل جمع ردپای آب آبی، سبز و خاکستری است، برای شرایط پتانسیل و کشاورزان به ترتیب معادل 2251 و 3134 مترمکعب بر تن است.
 

رشد سریع شهرنشینی و گسترش سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، سبب افزایش حجم رواناب‌های سطحی، کاهش نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی و درنتیجه بروز مشکلاتی همچون سیلاب‌های ناگهانی و آب‌گرفتگی معابر شده است. در سال‌های اخیر، به‌کارگیری سیستم‌های نفوذ زیستی به‌ عنوان یکی از مؤثرترین رویکردهای مبتنی بر توسعه کم‌تأثیر (LID) برای مدیریت پایدار رواناب شهری مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، عملکرد شش نوع از حوضچه های نفوذ زیستی به منظور کاهش حجم رواناب و بهبود مدیریت آب‌های سطحی در ناحیه شرقی شهر قزوین مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، از داده‌های بارش ۴۰ساله (۱۳۶۲ تا ۱۴۰۲) استفاده شد و روابط شدت – مدت - دوره بازگشت (IDF) استخراج شد. سپس با بهره‌گیری از الحاقیه Hec-GeoHMS، زیرحوضه‌های منطقه مورد مطالعه تعیین شد. برای برآورد دبی رواناب و ضریب رواناب مؤثر، از مدل SWMM استفاده گردید که میانگین ضریب رواناب منطقه ۰٫79 محاسبه شد. در ادامه، برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های نفوذ زیستی، مدل عددی MIDS به کار گرفته شد و شش سناریو شامل حوضچه نفوذ زیستی با و بدون زهکش، جعبه درختی با و بدون زهکش، ترانشه نفوذی و پیاده‌رو نفوذپذیر، تحت شرایط بارش با دوره بازگشت ۴۰ساله شبیه‌سازی شدند. نتایج مدل‌سازی نشان داد که پیاده‌رو نفوذپذیر بیشترین کارایی را در کاهش حجم رواناب داشته و توانست بیش از ۷۲۸٬۰۰۰ مترمکعب رواناب را نفوذ دهد؛ درحالی‌که حوضچه‌ نفوذ زیستی با زهکش کمترین میزان اثربخشی را داشت. به‌طورکلی، یافته‌های این پژوهش بیانگر آن است که طراحی اصولی، انتخاب موقعیت مناسب، توجه به ویژگی‌های خاک و شرایط هیدرولوژیک منطقه از عوامل تعیین‌کننده در افزایش کارایی سامانه‌های نفوذ زیستی و تحقق مدیریت پایدار رواناب شهری محسوب می‌شوند.

آلودگی خاک به فلزات یکی از مشکلات مهم و اساسی در اکوسیستم های خشکی به خصوص در داخل و نواحی اطراف صنعتی است که به طریق مختلف می­تواند سلامت انسان را تهدید کند. بر این اساس در مطالعه حاضر به ‌بررسی تجمع زیستی آلودگی فلزات سنگین در کرم‌خاکیEisenia fetida  در خاکهای اطراف کارخانه سیمان آبیک استان البرز پرداخته شد. به این منظور تعداد 60 نمونه خاک از عمق 20-0 سانتی‌متری در فواصل 500، 1000 و2000 و در جهت‌های شمال، جنوب، شرق و غرب برداشت شد. همچنین نمونه ­های کرم‌خاکی به‌صورت تصادفی در جهت‌های مختلف از این فواصل برداشت شد. به‌منظور سنجش فلزات سنگین در خاک و کرم‌خاکی روش هضم­ تر به‌کار گرفته ‌شد و به کمک دستگاه جذب اتمی غلظت فلزات سنگین Zn، Cu، Pb، Cr، Ni سنجش شدند. برای بررسی اثر فاصله و جهت از روش­های آماریOne-way ANOVA  و کروسکال والیس استفاده شد. همچنین برای ارزیابی توانایی کرم‌خاکی به‌عنوان شاخص زیستی از شاخص فاکتور تجمع زیستی (BAF) استفاده شد. بر اساس این پژوهش میانگین غلظت فلزات سنگین خاک در اطراف زمین‌های کارخانه سیمان آبیک برای  Zn، Cu، Pb، Cr، Ni به‌ترتیب 22/20، 10/19، 6/34، 7/63 و135/75 (میلی‌گرم بر کیلوگرم) و همچنین میانگین غلظت فلزات سنگین کرم‌خاکی در این منطقه برای فلزات Cr, Pb, Cu, Zn و Ni به ترتیب 57/51، 9/66، 5/18، 5/45 و 106/17 (میلی‌گرم بر کیلوگرم) به دست آمد و نتایج نشان داد که اثر فاصله تنها در مورد فلز نیکل معنی‌دار است (0/05(p< و اثر جهت برای همه فلزات سنگین به جز روی (0/05(p> معنی‌دار بود (0/05 (p< . همچنین روند کاهشی غلظت فلزات سنگین Zn، Cu و Pb با افزایش فاصله از کارخانه سیمان دیده شد که نشان‌دهنده‌ تاثیر کارخانه سیمان آبیک بر آلودگی فلزات سنگین در خاک کشاورزی اراضی اطراف آن است. بیشترین میزان شاخص تجمع زیستی (BAF) برای عنصر روی و بیشتر از 1 محاسبه شد که نشان‌دهنده تجمع زیستی روی در کرم‌خاکی است و می­توان نتیجه گرفت که کرم‌خاکی گونه شاخص زیستی مناسبی برای پایش آلودگی خاک به فلزات سنگین به ویژه روی است.

پژوهش حاضر با هدف مکان‌یابی بهینه حوضه‌های تغذیه مصنوعی آب‌های زیرزمینی در حوضه آبریز یزد - اردکان با مساحت 116765 هکتار به‌منظور مقابله با چالش‌های کمبود منابع آب، افت شدید سطح آب‌های زیرزمینی و بارندگی کمتر از mm100 انجام شد. مطالعه حاضر با تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) و روش‌های تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM) انجام گرفت. 17 معیار مؤثر شامل ارتفاع، شیب، کاربری اراضی، زمین‌شناسی، خاکشناسی، اقلیم، فاصله از گسل و خطوط هم‌دما در محیط ArcGIS 10.5 تحلیل شد. وزن‌دهی معیارها با روش بهترین - بدترین (BWM) و تلفیق لایه‌ها با روش ترکیب خطی وزن‌دار (WLC) صورت گرفت. نتایج نشان داد معیارهای شیب (وزن 0/203)، ارتفاع (همبستگی >0/75) و کاربری اراضی (همبستگی ≈0/5) بیشترین تأثیر را در مطلوبیت مناطق دارند؛ درحالی‌که اقلیم و خطوط هم‌دما کم‌اثر بودند. نقشه نهایی مطلوبیت در مقیاسm 900×m900 متر نشان داد مناطق مرکزی و جنوبی دشت، شیب کمتر از 2% و سازندهای آبرفتی نفوذپذیر، به دلیل توپوگرافی مسطح و فاصله مناسب از گسل‌ها، اولویت بالاتری برای تغذیه مصنوعی دارند. تحلیل حساسیت، 8 معیار کلیدی با ضریب همبستگی >0/5 را شناسایی کرد و با حذف 53% از معیارهای غیرضروری، چارچوبی کارآمد برای مدیریت پایدار منابع آب ارائه شد. مطالعه حاضر علاوه بر کمک به افزایش سطح آب‌های زیرزمینی، بهبود حاصلخیزی خاک و حفظ اکوسیستم‌های محلی، راهکاری مؤثر برای مدیریت بحران آب در مناطق خشک ارائه می‌دهد.

تخمین مناسب پارامترهای نفوذ آب در خاک و ضریب زبری مانینگ یکی از عوامل تأثیرگذار در طراحی و ارزیابی صحیح سامانه‌های آبیاری سطحی است. مدل EDOSIM یک مدل شبیه‌سازی - بهینه‌سازی آبیاری سطحی است که از تلفیق شبیه‌سازی با مدل بیلان حجمی و بهینه‌سازی فراابتکاری استفاده می‌کند. در بخش ارزیابی این مدل، از روش دونقطه‌ای الیوت - واکر برای تخمین پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف - لوئیس استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا واسنجی ضریب مانینگ و پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف - لوئیس در ارزیابی آبیاری جویچه‌ای و نواری با استفاده از داده‌های پیشروی مشاهداتی صورت گرفت. این مهم از طریق سه مدل بیلان حجمی با ضرایب شکل ثابت (VB-CC)، ترکیب مدل بیلان حجمی و مدل اینرسی صفر (VB-ZI) و مدل بیلان حجمی با ضرایب شکل متغیر (VB-VC) با بهره‌گیری از مجموعاً 10 سری داده ارزیابی آبیاری نواری و جویچه‌ای انجام شد. سپس قابلیت واسنجی پارامترهای نفوذ و ضریب زبری به روش برتر به مدل EDOSIM افزوده شد. نتایج نشان داد روش VB-CC با توجه به متوسط شاخص‌های آماری 0/998R2=، 4%/2NRMSE= و 0/60- MBE= در 10 مزرعه، بهترین صحت و دقت واسنجی را دارا بود. روش‌های VB-ZI و VB-VC حتی با مقادیر واسنجی‌شده نیز طول پیشروی را کم‌برآورد کردند. قرار گرفتن واسنجی به روش VB-CC به جای روش دونقطه‌ای الیوت واکر در مدل EDOSIM، با کمتر (بهتر) کردن تابع هدف از میانگین 0/34 به 0/13 در آبیاری نواری و از میانگین 0/86 به 0/36 در آبیاری جویچه‌ای، دقت شبیه‌سازی و بهینه‌سازی را افزایش داد؛ ازاین‌رو استفاده از واسنجی به روش VB-CC در مدل EDOSIM می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای بهره‌برداری بهینه سامانه‌های آبیاری سطحی استفاده شود.

یکی از عوامل مهم تولید محصولات کشاورزی وجود مقدار کافی از عناصر غذایی و قابل استفاده برای گیاه است که در این راستا عنصر نیتروژن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اتلاف کودهای نیتروژنه حاصل از کم‌بودن کارایی مصرف کود، منجر به مسائل زیست‌محیطی چون آلودگی آبهای زیرزمینی و سطحی به نیترات و آمونیوم می‌شود. در این پژوهش تأثیر کود آبیاری به صورت ترکیبی از کودهای نیتروژن‌دار اوره و نیترات آمونیوم به همراه زئولیت طبیعی سمنان (CP) و اصلاح‌شده با سورفکتانت (SMZ) در کاهش هدررفت کود بررسی شد. آزمایش‌ها در دو بخش و در قالب طرح کاملاً تصادفی و با سه تکرار برای هر تیمار، به‌صورت ستونی برای خاک لومی صورت گرفت. تیمارها شامل چهار سطح کاربرد زئولیت (صفر، 4، 8 و ۱۶ گرم بر کیلوگرم در لایه سطحی خاک) و یک سطح کوددهی با غلظت ۶۰ میلی‌گرم در لیتر نیترات در سه دوره کود آبیاری و با شش بار آبیاری در هر دور بودند. در بخش اول مطالعه نقش کود آبیاری به صورت ترکیبی از کودهای نیتروژن‌دار اوره و نیترات آمونیوم (UAN) در خاک معمولی در کاهش غلظت نیترات و آمونیوم زهاب بررسی شد و با کود آبیاری به صورت کاربرد یکی از کودهای مد نظر مقایسه شد. نتایج نشان داد که میزان هدررفت کود به فرم نیترات در دور اول کود آبیاری توسط تیمارهای UAN به میزان ۴۰ درصد کاهش یافت. با توجه به اینکه نتایج حاصل از بخش اول مطالعه نشان داد که غلظت نیترات و آمونیوم زهاب در حد استاندارد آب شرب کاهش نمی¬یابد، در بخش دوم از اصلاح‌کننده‌های خاک استفاده شد. بیشترین شدت حذف نیترات با اندازه‌گیری مقدار نیترات حذف‌شده مربوط به تیمار خاک مخلوط با ۱۶ گرم در کیلوگرم زئولیت اصلاح‌شده در لایه سطحی خاک (SM16) و معادل ۹۰ درصد بود و بیشترین شدت حذف آمونیوم مربوط به تیمار خاک مخلوط با ۱۶ گرم در کیلوگرم زئولیت طبیعی در لایه سطحی خاک (CP16) و به میزان ۸۵ درصد بود؛ بنابراین به‌کارگیری کود آبیاری به صورت ترکیبی از کودهای نیتروژن‌دار به همراه اصلاح‌کننده‌های خاک در شرایطی که پتانسیل آلودگی آبهای زیرزمینی به سبب افزایش آبشویی نیترات زیاد است، توصیه می¬شود.

پایش پهنه‌های آبی در مناطق نیمه‌خشک برای مدیریت منابع آب حیاتی است، اما انتخاب شاخص طیفی بهینه و سنجنده مناسب همچنان چالش‌برانگیز باقی مانده است. این پژوهش با هدف ارزیابی تطبیقی کارایی نُه شاخص طیفی آب در دو سنجنده لندست-۸ و سنتینل-۲ برای تعیین ترکیب بهینه شاخص - سنجنده در پایش کوتاه‌مدت (با تمرکز بر دقت مکانی زیاد و تغییرات فصلی) و بلندمدت (با تمرکز بر روندهای سالانه و پوشش زمانی گسترده) پهنه آبی سد گلستان انجام شد. با استفاده از پلتفرم Google Earth Engine (GEE)، 181 تصویر ماهواره‌ای (107 تصویر لندست-8 طی 2023-2013 و 74 تصویر سنتینل-2 طی 2024-2018) از سد گلستان پردازش شد. پس از تصحیحات اتمسفری با الگوریتم‌های LEDAPS و Sen2Cor، نُه شاخص طیفی شامل NDWI، MNDWI، ANDWI، AWEI، WI2015، WI1، WI2، LSWI  و NDTI محاسبه و با استفاده از شاخص  WI2 به‌عنوان مرجع (به دلیل عملکرد برتر در استخراج دقیق پهنه‌های آبی نیمه‌خشک با حساسیت کم به نویز گیاهی و خاکی نشان داده و همبستگی زیادی با داده‌های میدانی دارد)، کارایی آنها بر اساس معیارهای  RMSE، R²  و ضریب نش - ساتکلیف ارزیابی شد. نتایج نشان داد MNDWI در سنتینل-2 بهترین عملکرد را با ha 21/42RMSE=، 0/998 R²=و 0/996 NS=ارائه می‌دهد که به دلیل دقت مکانی ۱۰ متری و دوره بازگشت ۵ روزه، برای پایش کوتاه‌مدت تغییرات فصلی مانند اوج بهاری k‏m² 9/33 در مارس ایده‌آل است؛ درحالی‌که ANDWI در لندست-8 باha 54/54RMSE=، 0/997 R²=و و 0/976 NS=برتری دارد و به دلیل پوشش زمانی بلند (۲۰2۳-۲۰1۳)، برای تحلیل بلندمدت روندهای سالانه مانند کاهش ۳۵% میانگین مساحت مخزن از km² 7/28 در ۲۰۱۴ بهkm² 4/72 در ۲۰۲۱ مناسب است. همبستگی زیاد دو سنجنده (0/933r=) امکان ترکیب آنها را برای پایش چندمقیاسه فراهم می‌آورد؛ درحالی‌که LSWI و Normalized Difference Turbidity Index (NDTI) به دلیل بیش‌برآورد ناشی از رطوبت خاک و پوشش گیاهی، نامناسب تشخیص داده شدند. یافته‌ها نشان می‌دهد انتخاب شاخص بهینه به ویژگی‌های طیفی سنجنده وابسته است و ترکیب  MNDWI- سنتینل۲ برای پایش کوتاه‌مدت و ANDWI - لندست۸ برای تحلیل‌های بلندمدت توصیه می‌شود.

بحران آب و شرایط اقلیمی ایران ضرورت توجه به کشت محصولات کم‌آب‌بر را در اولویت سیاست‌های سرمایه‌گذاری کشاورزی قرار داده است. کینوا به‌عنوان یک شبه‌غله با نیاز آبی نسبتاً پایین می‌تواند جایگزین مناسبی برای محصولات آب‌بر محسوب شود. این پژوهش با هدف بررسی مزیت نسبی تولید کینوا در مقایسه با محصولات زراعی آب‌بر در شرایط کم‌آبی استان اصفهان انجام شد. برای سنجش مزیت نسبی از دو شاخص هزینه منابع داخلی (DRC) و نسبت هزینه به منفعت اجتماعی (SCB) استفاده شد. داده‌ها از طریق پرسش‌نامه و منابع دولتی گردآوری و در تحلیل‌ها از قیمت‌های سایه‌ای نهاده‌ها و ستانده‌ها بهره‌گیری شد. جامعه آماری شامل تولیدکنندگان کینوا بود. نتایج نشان داد کینوا در استان اصفهان دارای مزیت نسبی است. نقطه سربه‌سر عملکرد این محصول 653 کیلوگرم در هکتار است؛ به این معنا که تولید بیشتر از این مقدار بیانگر وجود مزیت نسبی است. همچنین سقف مجاز مصرف آب برای حفظ این مزیت، ۱۵۷۹۲ مترمکعب در هکتار برآورد شد. مصرف آب بیش از این مقدار، مزیت نسبی کشت کینوا را از بین می‌برد. علاوه بر این، بهره‌وری اقتصادی آب برای کینوا در مقایسه با سایر محصولات زراعی رایج در منطقه بیشتر ارزیابی شد. درمجموع، با توجه به وجود مزیت نسبی برای کینوا و بهره‌وری آب بیشتر آن نسبت به محصولات آب‌بر رایج، این محصول پتانسیل لازم برای گنجانده شدن در الگوی کشت استان اصفهان را دارد. بااین‌حال، توصیه به جایگزینی کامل مستلزم مداخلات هدفمند سیاستی و چندبعدی در سطوح فناورانه، بازاریابی و سیاست‌گذاری و همچنین انجام پژوهش‌های تکمیلی در خصوص تحلیل و توسعه زنجیره ارزش و بازار کینوا، بررسی رفتار مصرف‌کنندگان، طراحی سیاست‌های حمایتی هدفمند برای دوره گذار و تحلیل جامع‌تر از مزیت نسبی سایر محصولات است.

آبشستگی، چالش اصلی مهندسی رودخانه، با تخریب پل‌ها در سیلاب‌ها، هزینه‌های مالی را به دنبال دارد. این مطالعه با هدف تخمین عمق آبشستگی (Dse/Dp) اطراف گروه‌های شمع، پارامترهای هیدرودینامیکی و هندسی را بررسی کرد. بدین منظور با جمع‌آوری 299 داده‌های آزمایشگاهی از منابع مختلف، داده‌ها به دو بخش آزمایش و آزمون تقسیم‌بندی شد. به عنوان ورودی مدل‌های یادگیری ماشین، شامل شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، بردار پشتیبان (SVR)، الگوریتم تقویت گرادیان شدید (XGboost) و مدل یادگیری ترکیبی متا (Stacking) همچنین برای تنظیم اَبَرپارامترهای مدل از روش جستجوی شبکه‌ای Gridsearch به منظور ایجاد رگرسیون مؤثر استفاده شد. در ارزیابی عملکرد مدل‌ها، مدل ANN به مقدار 0/87 R² =و مدل SVR به 0/91 R² =دست یافتند. مدل XGBoost با 0/94 R² =و 0/28 RMSE ≈ توانست عملکرد دقیق‌تری نسبت به دو مدل دیگر ارائه دهد. درنهایت، مدل ترکیبی Stacking با بهره‌گیری از خروجی مدل‌های پایه، بهترین عملکرد را ثبت کرده و مقدار 96/0  R² = و 0/11  RMSE =را به دست آورد که این نتایج به معنی افزایش حدود ۱۵ درصدی دقت نسبت به ANN و ۷ درصد نسبت به XGBoost است. به‌طور کلی یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از مدل‌های ترکیبی یادگیری ماشین، به‌ویژه Stacking، می‌تواند رویکردی دقیق و کارآمد برای پیش‌بینی عمق آبشستگی پیرامون گروه‌های شمع و تحلیل رفتارهای پیچیده جریان در سامانه‌های هیدرولیکی باشد.

انتشار گازهای گلخانه‎ای و حصول بهره‎وری قابل قبول آب و انرژی از مهم‎ترین چالش‎های پیش رو در بخش کشاورزی است. هدف از پژوهش حاضر بررسی شاخص‎های انرژی و بهره‎وری آب گندم آبی در استان خراسان رضوی است. به منظور بررسی این شاخص‌ها در این پژوهش از پرسشنامه استفاده شد. پرسشنامه‌ها به تعداد 200 پرسشنامه (شامل منطقه مشهد: 50، منطقه تربت جام: 50، منطقه تایباد: 50 و منطقه باخرز: 50) بود که اطلاعات جمع‌آوری‌شده شامل مقدار مصرف نهاده‌ها و نیز مقدار تولید بود. نتایج نشان داد که میزان بهره‌وری فیزیکی آب در دشت‌های مشهد، تربت جام، تایباد و باخرز به ترتیب برابر با 0/57، 0/72، 0/7 و 0/46 کیلوگرم بر مترمکعب است. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین کارایی مصرف انرژی و بهره‌وری انرژی به ترتیب به میزان 2/18 و 0/148 کیلوگرم بر مگاژول مربوط به دشت تایباد و بیشترین انرژی مخصوص به میزان 10/92 مگاژول بر کیلوگرم مربوط به دشت باخرز بود. نتایج حاصل برای انتشار گازهای گلخانه‌ای نشان داد که بیشترین میزان انتشار گازهای گلخانه‌ای در دشت مشهد و به میزان معادل 1539/68 کیلوگرم در هکتار و کمترین آن در دشت تایباد به میزان معادل 964/79 کیلوگرم در هکتار به‌دست آمد. نتایج کلی نشان داد که عملکرد محصول در مناطق نسبتاً خشک مانند تربت جام و تایباد نسبت به مناطق با ارتفاع بالاتر از سطح دریا و نیمه خشک، شبیه مشهد و باخرز بیشتر است.

برداشت بی‌رویه از منابع آب زیرزمینی یکی از مهم‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی و اقتصادی مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران است که پیامدهای گسترده‌ای بر معیشت جوامع روستایی، پایداری کشاورزی و تعادل اکولوژیک حوضه‌های آبخیز دارد. پژوهش حاضر با هدف بررسی نگرش کشاورزان درباره وقوع اضافه‌برداشت از منابع آب زیرزمینی و ارزیابی پیامدهای اقتصادی - اجتماعی ادراک‌شده آن در حوضه آبخیز سیمینه‌رود انجام شد. داده‌ها از طریق تکمیل ۳۷۳ پرسش‌نامه گردآوری و با آمار توصیفی، آزمون من – ویتنی و آزمون کای‌دو تحلیل شدند؛ اندازه اثر نیز محاسبه و مقادیر احتمال با روش بنجامینی – هوچبرگ تصحیح شد. در مجموع، 48/1 درصد پاسخ‌گویان معتقد بودند برداشت بی‌رویه در محدوده زندگی آنان در حال انجام است. پاسخ‌گویان دارای این ادراک جوان‌تر بودند (میانه 48/5 در برابر ۵۳ سال؛ 0/001p <) و فراوانی پاسخ مثبت در میان استفاده‌کنندگان از لوله‌کشی برای انتقال آب کمتر از استفاده‌کنندگان از کانال سنتی بود (24/2 در برابر 45/6 درصد؛ 0/001p =). این دو ارتباط پس از تصحیح نرخ کشف کاذب نیز پایدار ماندند. کاهش درآمد کشاورزان، کاهش سطح اراضی آبی، تغییر الگوی کشت و افزایش مهاجرت مهم‌ترین پیامدهای ادراک‌شده افت سطح ایستابی بودند. یافته‌ها نشان می‌دهد که مدیریت بحران آب زیرزمینی در سیمینه‌رود به ترکیبی از پایش آبخوان، بهبود انتقال آب و مداخلات اجتماعی متناسب با ویژگی‌های بهره‌برداران نیاز دارد.
 

روش‌های متعارف شوری‌زدایی از آب‌ها و پساب‌ها به دلیل مصرف انرژی زیاد و هزینه تجهیزات، معمولاً برای تأمین آب مورد نیاز برای تولید محصولات کشاورزی از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نیستند. این پژوهش با هدف ارزیابی کارایی نانوبیوچار مغناطیسی تولیدشده از باگاس نیشکر در حذف یون‌های سدیم از زه‌آب‌های کشاورزی تحت تأثیر میدان مغناطیسی انجام شد. جاذب‌های غیر نانو فعال، نانو فعال و نانو فعال مغناطیسی با استفاده از فرایند گرماکافت در کوره الکتریکی در دمای 600 درجه سانتی‌گراد، فعال‌سازی شیمیایی با هیدروکسید پتاسیم و مغناطیسی‌سازی با ترکیب کلرید آهن شش‌آبه و سولفات آهن هفت‌آبه تولید شدند. نتایج نشان داد که بیشترین میزان حذف یون‌های سدیم (58/3%) در جاذب نانو فعال مغناطیسی تحت اثر میدان مغناطیسی 0/5 تسلا، به‌ازای نسبت فعال‌ساز به بیوچار برابر 3، توان ماکروویو 400 وات و مدت‌زمان فعال‌سازی 10 دقیقه به‌دست آمد. نتایج آنالیزهای سطحی و طیف‌سنجی FT-IR نشان داد که علاوه‌بر نقش گروه‌های عاملی در جذب الکترواستاتیک یون سدیم، حضور نانوذرات اکسید آهن روی سطح بیوچار با ایجاد سایت‌های مثبت، عامل اصلی جذب یون سدیم بوده است. همچنین اعمال میدان مغناطیسی با ضعیف‌کردن لایه هیدراتاسیون آب، نفوذ یون‌ها به منافذ جاذب را تسهیل کرد. این مطالعه نشان می‌دهد که استفاده از نانوبیوچار مغناطیسی تحت تأثیر میدان مغناطیسی می‌تواند به‌عنوان راه‌حلی اقتصادی و پایدار برای کاهش شوری زه‌آب‌های کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

در بیشتر مزارع کشاورزی ایران سامانه آبیاری بارانی عقربه‌ای یک روش حرفه‌ای در آبیاری نوین است که گاهاً طراحی یا اجرای نادرست این سامانه بازده واقعی را کاهش می‌دهد که باعث عدم توزیع آب در طول لترال، عدم یکنواختی پخش و ایجاد شرایط ماندابی یا رواناب می‌شود که درنهایت بر میزان رشد گیاه و همچنین میزان نیترات و شوری خاک اثر می گذارد. به این منظور در مزرعه شرکت کشت و صنعت قیام اصفهان دو سامانه آبیاری عقربه‌ای موجود مورد ارزیابی قرار گرفت. در این ارزیابی متوسط شاخص‌های ضریب یکنواختی کریستین - سن CU(C)، ضریب یکنواختی توزیع DU، ضریب یکنواختی هیمن و هین CU(H)، بازده پتانسیل کاربرد در ربع پایین PELQ و بازده واقعی کاربرد در ربع پایینAELQ  برای دو ماشین آبیاری به ترتیب برابر با 67%، 57%، 65%، 45% و 54% محاسبه شده است. تحلیل نتایج به‌دست‌آمده و مقایسه آن با محدوده مجاز شاخص‌های به‌دست‌آمده نشان داد، این دو سامانه از کارایی قابل قبولی برخوردار نبودند. همچنین نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که حجم آب خروجی از اسپن‌ها با یکدیگر متفاوت است؛ به‌طوری که بیشترین و کمترین حجم آب خارج‌شده به ترتیب در اولین و آخرین اسپن دیده شد؛ بنابراین با توجه به عدم توزیع یکنواخت حجم آب در سامانه آبیاری عقربه‌ای مد نظر، به منظور بررسی میزان نیترات باقیمانده در خاک، شوری عصاره اشباع خاک و عملکرد گیاه کلزا در زیر اسپن‌های مختلف نمونه‌برداری و برای مقایسه میانگین آنها از طرح آماری بلوک‌های کاملاً تصادفی استفاده شد. نتایج نشان داد که در اسپن اول با دریافت آب زیادتر دارای بیشترین وزن خشک کلزا (kg/m²1/19) و کمترین شوری عصاره اشباع خاک ds/m)1/67) وکمترین میزان نیترات باقیمانده در خاک (mg/kg93/4) بوده و اسپن آخر با دریافت آب کمتر دارای کمترین وزن خشک کلزا (kg/m²0/44) و بیشترین شوری عصاره اشباع خاک( ds/m 3/33) و میزان نیترات باقیمانده در خاک mg/kg)203/2) است و اختلاف معنی‌داری در سطح 1 درصد بین پارامترهای یادشده در اسپن‌های مختلف وجود دارد؛ بنابراین توصیه می‌شود برای دستیابی به عملکرد یکنواخت‌تر محصول در تمام اسپن‌های مختلف سامانه آبیاری عقربه‌ای از ابزارهای مدیریتی دقیق و برخط متناسب با شرایط کشت و اقلیم منطقه استفاده شود.
 

در این پژوهش به ارزیابی تغییرات سطح آب زیرزمینی در آبخوان اصفهان - برخوار و بررسی رابطه آن با فرونشست زمین پرداخته شد. بدین منظور هیدروگراف معرف آبخوان، نقشه‌های پهنه‌بندی تراز و عمق آب زیرزمینی در مرطوب‌ترین و خشک‌ترین ماه در طول دوره آماری و نقشه تغییرات 20 ساله سطح آب زیرزمینی تهیه و با نقشه فرونشست زمین در محدوده آبخوان مقایسه شد. نتایج نشان داد پهنه‌های فرونشستی آبخوان بیشتر در مناطقی ایجاد شده‌اند که در آنها افت قابل توجه سطح آب زیرزمینی وجود داشته است. قرارگیری پهنه‌های بحرانی فرونشست در مناطقی با تمرکز زیاد چاه‌های بهره‌برداری و اراضی کشاورزی نیز مؤید این مسئله است. علاوه بر این، به منظور بررسی ارتباط موقعیت پهنه‌های فرونشستی با ضخامت آبرفت، نقشه ضخامت آبرفت منطقه تهیه و با نقشه فرونشست زمین مقایسه شد. نتایج نشان داد که فرونشست زمین علاوه بر افت آب زیرزمینی به عوامل دیگری از جمله ضخامت آبرفت و بافت خاک نیز مرتبط است. بدین معنا که در صورتی که ضخامت آبرفت و درصد رسوبات ریزدانه قابل تراکم آبخوان کم باشد، حتی در صورت وجود افت زیاد سطح آب زیرزمینی، فرونشست زمین قابل توجه نخواهد بود.

این پژوهش با هدف مکان‌یابی و ارزیابی توان اراضی برای توسعه کشت پسته در استان سیستان و بلوچستان با تلفیق سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS)، تحلیل سلسله‌مراتبی (AHP) و داده‌های سنجش از دور (تصاویر ماهواره‌ای Landsat 8 در بستر Google Earth Engine) انجام شد. هشت معیار شامل فاصله از کانال آب، جاده و مراکز جمعیتی، کاربری اراضی، شیب، ارتفاع، جهت شیب و ویژگی‌های خاک (شوری، بافت، اسیدیته) بر اساس نظر ۱۵ کارشناس وزن‌دهی شدند (شاخص ناسازگاری: 0/03). بیشترین وزن به فاصله از کانال آب (0/32)، خاک (0/25) و فاصله از جاده (0/14) اختصاص یافت. لایه‌های اطلاعاتی با قدرت تفکیک ۳۰ متر در محیط GIS تهیه و با روش همپوشانی وزنی تلفیق شدند. نقشه نهایی نشان داد که 13/8 درصد از مساحت استان در کلاس مستعد، 23/0 درصد در کلاس نسبتاً مستعد، 33/5 درصد در کلاس کمی مستعد، 27/5 درصد در کلاس نامستعد و 2/2 درصد دارای محدودیت مطلق قرار دارند. یافته‌ها نشان می‌دهد که 36/8 درصد مساحت استان پتانسیل قابل‌توجهی برای توسعه کشت پسته دارند؛ اما محدودیت اصلی دسترسی به منابع آبی است؛ به‌طوری که 65/5 درصد از مساحت استان از نظر فاصله از کانال‌های آبی در دسته نامستعد قرار دارند. بنابراین، توسعه پایدار کشت پسته در استان نیازمند برنامه‌ریزی دقیق با تمرکز بر مناطق مستعد و مدیریت پایدار منابع آبی است. نوآوری این پژوهش در اعمال ماسک‌های محدودکننده قطعی (Boolean Mask) برای حذف خطاهای اکولوژیکی و استفاده از پردازش ابری (GEE) برای هم‌زمانی زمانی داده‌هاست. همچنین، تحلیل تطبیقی نشان داد که توسعه کشت در برخی نواحی (مانند زاهدان) بیش از آنکه متکی بر پتانسیل ذاتی اراضی باشد، ناشی از برداشت از آب‌های زیرزمینی است که مدل با طبقه‌بندی این نواحی به‌عنوان "نامستعد"، هشداری پیشگیرانه درباره پایداری بلندمدت ارائه می‌دهد. 

تغذیه مدیریت‌شده آبخوان (MAR) با فاضلاب تصفیه‌شده، راهکاری برای پایداری منابع آب در مناطق خشک است؛ اما ارزیابی هم‌زمان جنبه‌های هیدروژئولوژیکی و اقتصادی آن چالش‌برانگیز است. هدف این پژوهش، ارزیابی هیدرو - اقتصادی اجرای طرح MAR در دشت قطب‌آباد با تلفیق مدل‌سازی عددی و تحلیل هزینه – فایده بود. بدین منظور، رفتار کمی و کیفی آبخوان با مدل‌های MODFLOW و MT3DMS شبیه‌سازی و تغییرات تراز آب، غلظت نیترات و TDS برآورد شد. منافع اقتصادی شامل صرفه‌جویی در انرژی پمپاژ، ارزش آب ذخیره‌شده و بهبود کیفیت آب، در قالب دو سناریوی کران پایین و بالا در کنار هزینه‌های سرمایه‌گذاری و بهره‌برداری ارزیابی شد. سپس شاخص‌های NPV، BCR، IRR و دوره بازگشت سرمایه محاسبه شدند. نتایج نشان داد اجرای MAR با پساب سالانه 1/898 میلیون مترمکعب، موجب افزایش 4/5 متری سطح آب و کاهش غلظت TDS از 1859 به 1752 و نیترات از 22/2 به 15/4 میلی‌گرم بر لیتر در پایان دوره پنج‌ساله شد. در سناریوی کران بالا، مقدار NPV، BCR و دوره بازگشت سرمایه به‌ترتیب 43/7 میلیارد ریال، 1/36 و 3/23 سال به‌دست آمد، اما سناریوی کران پایین به دلیل BCR کمتر از ۱ فاقد توجیه اقتصادی بود. در مجموع، تلفیق مدل‌سازی عددی و تحلیل هزینه – فایده چارچوبی منسجم برای تصمیم‌گیری‌های مدیریتی فراهم می‌کند.