علوم آب و خاک

تغییرات کاربری اراضی یکی از عوامل اصلی تغییر در میزان رواناب سطحی حوزه‌های آبخیز بوده که بررسی آن برای کاهش خسارات حاصل از سیل (جانی و مالی) و اعمال مدیریت صحیح در حوزه‌های آبخیز ضروری است. این در حالیست که حوضه آبخیز نهر اعظم در شمال کلان‌شهر شیراز واقع شده و در سال‌های قبل شاهد لطمات جانی و مالی فراوان به ساکنین شیراز در اثر سیل بوده‌ایم. پژوهش حاضر به‌منظور بررسی رابطه تغییر کاربری با میزان رواناب حوضه آبخیز نهر اعظم شهر شیراز با مساحت 94463 هکتار بوده که با استفاده از مدل SWAT در بازه زمانی 2020-2004 انجام شده است. مدل با استفاده از داده‌های سال 2004 تا 2014 واسنجی و از سال 2015 تا 2020 اعتبارسنجی شده و از تصاویر ماهواره‌ای لندست مربوط به سال‌های 2003 و 2020 استفاده شد. این تصاویر بعد از انجام پیش‌پردازش‌های ضروری با استفاده از روش طبقه‌بندی نظارت شده به 6 کاربری اصلی طبقه‌بندی شده و با استفاده از روش زنجیره مارکوف برای سال 2040 نقشه کاربری اراضی تهیه شد. سپس با مدل واسنجی شده، تأثیر تغییر کاربری سال 2003 و 2040 روی میزان رواناب شبیه‌سازی شده، ارزیابی شد. نتایج مرحله واسنجی حوضه آبخیز نهر اعظم برای مقادیر پارامترهای آماری برای ضریب تبیین، P-Facor وR-Facor  به‌ترتیب 0/77، 0/72، 2/43 و برای مرحله اعتبارسنجی این پارامترهای آماری به‌ترتیب 0/69، 0/65 و 2/3 به‌دست آمد. تحلیل نقشه کاربری نشان می‌دهد که بیشترین تغییر کاربری موجود در منطقه، مربوط به تبدیل مراتع به زمین کشاورزی آبی (142 هکتار) و اراضی شهری (4854 هکتار) بوده که موجب کاهش مراتع می‌شود. همچنین نتایج حاصل از شبیه‌سازی مدل با به‌کارگیری نقشه‌های کاربری سال‌های 2003 و 2040 نشان می‌دهد میزان رواناب به‌طورکلی 33 درصد کاهش می‌یابد. نتایج نشان داد که اگر همه عدم قطعیت‌ها کمینه شود، مدل SWAT واسنجی شده به خوبی می‌تواند نتایج شبیه‌سازی هیدرولوژی قابل‌قبولی در ارتباط با کاربری اراضی ایجاد کند که برای مدیران منابع طبیعی و آب و محیط‌زیست و سیاستمداران و مدیران شهری شیراز مفید باشد.

بخش کشاورزی به‌منظور پاسخگویی به نیاز روزافزون غذا برای جمعیت روبه‌رشد جهان و فراهم‌کردن آن به‌اندازۀ کافی و مناسب، به میزان زیادی وابسته به منابع آب و انرژی است و بایستی برای ارتقاء بهره‌وری آب و انرژی محصولات کشاورزی، حفظ سلامتی جامعه و محیط‌زیست کوشا باشد. در این پژوهش حجم آب آبیاری، عملکرد، بهره‌وری آب و انرژی مصرفی در آبیاری محصول پیاز در دو روش آبیاری سطحی و بارانی، در شرایط مدیریت کشاورزان اندازه‌گیری و با هم مقایسه شد. اندازه‌گیری‌ها در سال زراعی 1400- 1399 در 17 مزرعه از شهرستان‌های استان اصفهان که محصول پیاز جزء اولویت‌ کشت آن‌ها بود، انجام شد. برای مقایسه آماری نتایج به‌دست آمده از دو سامانۀ آبیاری، از آزمون تی (t-Test) و ضرایب همبستگی پیرسون استفاده شد. بر اساس نتایج، در روش آبیاری سطحی، مقادیر حجم آب آبیاری و عملکرد نسبت به آبیاری بارانی، بیشتر و اختلاف بین مقادیر یادشده معنی‌دار بود و بهره‌وری آب پیاز در روش آبیاری بارانی نسبت به سطحی، به‌صورت معنی‌دار (سطح احتمال 1 درصد) بیشتر بود. همچنین نتایج نشان داد، همبستگی مستقیم معنی‌داری بین حجم آب آبیاری و عملکرد محصول پیاز وجود دارد، زیرا بین حجم آب آبیاری و بهره‌وری آب رابطه غیرمستقیم معنی‌دار دیده شد. بهره‌وری انرژی مصرفی در آبیاری نیز با مقدار انرژی مصرفی همبستگی معکوس معنی‌دار داشت و با افزایش انرژی آبیاری بهره‌وری انرژی کاهش یافت. باتوجه‌به نتایج به‌دست آمده در شرایط مزارع انتخابی، روش آبیاری بارانی در مقایسه با روش آبیاری سطحی برای کشت محصول پیاز کارآمدتر بود.

کیفیت و کمیت آب به دلیل تغییر اقلیم و فعالیت‌های انسانی به مهم‌ترین نگرانی کشورهای جهان تبدیل شده است. علاوه‌براین تغییرات پوشش و کاربری اراضی و اقلیم به‌عنوان دو عامل مهم و تأثیرگذار بر دبی شناخته شده‌اند. در این پژوهش از چهار مدل تغییر اقلیم HADGEM2-ES، GISS-E-R، CSIRO-M-K-3-6-0، CNRM-CM5.0 تحت دو سناریوی حدی RCP2.6 و RCP8.5 به‌عنوان سناریوهای تغییر اقلیم در دوره آینده 2050-2020 استفاده شد. سناریوی کاربری اراضی آینده (2050) با استفاده از الگوریتم CA-Markov در نرم‌افزار IDRISI با استفاده از نقشه‌های کاربری زمین در سال‌های 1983 و 2020 تهیه شد. مدل SWAT به‌منظور شبیه‌سازی بهتر فرایندهای هیدرولوژیک در دوره 2012-1984 واسنجی و برای دوره 2019-2013 اعتبارسنجی شد و برای ارزیابی اثرات جداگانه و ترکیبی تغییر اقلیم و کاربری اراضی روی دبی مورداستفاده قرار گرفت. پیش‌بینی نتایج تأثیرات تغییر اقلیم بر دبی نشان‌دهنده کاهش دبی در بیشتر مدل‌ها تحت دو سناریو RCP2.6 و RCP8.5 است. متوسط بیشترین میزان کاهش و افزایش تحت سناریوی RCP2.6 به‌ترتیب 60 و 30 درصد است. این کاهش چشمگیر پیش‌بینی‌شده تحت سناریوی RCP8.5 بیشتر است. بررسی اثرات توأم تغییر اقلیم و کاربری اراضی نشان داد، متوسط کاهش دبی در ماه‌های اکتبر، نوامبر، دسامبر و ژانویه تحت دو سناریو به‌ترتیب 2/46 و 58 درصد است. متوسط افزایش دبی تحت سناریوی RCP8.5 ماه‌های آپریل و می در مدلHadGEM2ES  47 درصد پیش‌بینی شده است.

گون پوشش گیاهی بسیاری از کوهستان‌های فلات ایران است و باتوجه‌به شکل بالشتی و سیستم ریشه‌دوانی عمیق، کنترل و نفوذ بارش‌های جوی را به درون خاک تسهیل و نقش عمده‌ای در ارائه خدمات اکوسیستمی ایفا می‌کند. از طرفی همبستگی اکوسیستم‌های گون‌زار (Astragalus habitats) با اقلیم‌های خشک و نیمه‌خشک، آن‌ها را در برابر تغییرات اقلیمی آسیب‌پذیر نموده‌است. در این مطالعه نقشه تولید رواناب بر پایه منحنی بادیکو تحت شرایط حال حاضر و آتی تغییر اقلیم (2050) با استفاده ازداده‌های اقلیمی و دمایی سایتChelsa (مدل گردش عمومی CanESM2) در نرم‌افزار TerrSet و با استفاده از نقشه‌های: زیرحوزه‌ها، بارش سالانه، تبخیر و تعرق پتانسیل سالانه، عمق خاک، آب قابل‌دسترس گیاه و نقشه "پوشش زمین _کاربری زمین" حال حاضر و آینده با ترکیبی از روش‌های میدانی و مدل‌های پراکنش گونه‌ای در مقیاس محلی حوزه آبخیز رودخانه شور دهاقان (زاگرس مرکزی) تهیه و درنهایت خسارت رواناب مازاد تولید‌شده در اثر تغییر اقلیم به روش هزینه جایگزین (Replacement cost method) برآورد شد. نتایج حاکی از افزایش حجم رواناب سالانه حوزه از70 میلیون مترمکعب در حال حاضر به 105 میلیون مترمکعب در شرایط تغییر اقلیم تحت سناریوی rcp26 سال 2050 بود. با احتساب هزینه 10 میلیون ریال به ازای کنترل 530 مترمکعب رواناب از طریق پروژه‌های متنوع آبخیزداری، جلوگیری از خسارات رواناب مازاد تولید‌شده، نیازمند اعتباری بالغ بر 660 میلیارد ریال بر اساس ارزش حال است. این مطالعه قابلیت نرم‌افزار TerrSet برای پیش‌بینی و تولید نقشه خدمت اکوسیستم تولید رواناب تحت تغییرات اقلیمی یا تغییرات کاربری اراضی و با هدف ارزش‌گذاری را در مقیاس محلی به اثبات رساند. همچنین ارزش‌گذاری فوق می‌تواند مبنای برنامه‌ریزی و تأمین اعتبار برای مطالعه و اجرای طرح‌های آبخیزداری با هدف مقابله با تهدیدات تغییر اقلیم باشد.

یکی از روش‌های بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی در حوضچه‌ ‌آرامش، استفاده از زبری‌های طبیعی و مصنوعی است. اخیراً به‌دلیل مزایای صفحات مستغرق در مقایسه با سایر زبری‌های مصنوعی غیر ممتد از جمله تعداد کمتر این صفحات و قابلیت طراحی هندسه و چیدمان آنها، رویکرد بیشتری شده‌است. در این مقاله تأثیر صفحات مستغرق با سه زاویه برخورد °۴۵، °۷۵ و °90 بر بهبود مشخصات پرش هیدرولیکی بررسی شده و اثر آن بر پارامترهایی نظیر نسبت اعماق ‌مزدوج، طول نسبی، میزان اتلاف انرژی و ضریب نیروی برشی بستر ارزیابی شده‌است. نتایج این پژوهش نشان داد، میانگین تأثیر صفحات مستغرق بر کاهش نسبت اعماق ‌مزدوج، طول پرش و طول غلتاب در مقایسه با حالت کلاسیک به‌ترتیب برابر 9/4، 24/6 و 28/4 درصد بوده و میانگین افزایش افت نسبی انرژی 5/5 درصد بوده که بیشینه افت نسبی انرژی در زاویه برخورد 90 درجه صفحات مستغرق با مقدار 6/5 درصد است. با درنظرگرفتن این نتایج و سایر شرایط نظیر سهولت ساخت و به‌کارگیری، تثبیت و کاهش هزینه‌های اقتصادی از میان انتخاب‌های موجود صفحات مستغرق، زاویه برخورد °75 گزینه مناسبی برای طراحی بهینه حوضچه آرامش است.

پایش خشکسالی در حوضه‌های برفی، مستلزم اصلاحاتی در شاخص‌های متداول خشکسالی تحت عنوان شاخص‌های خشکسالی برفی است. جدیدترین شاخص برفی توسعه‌یافته عبارت از SZIsnow است. محاسبه شاخص مزبور، علاوه بر داشتن الگوریتم خاصی، مستلزم دسترسی به مقادیر 22 متغیر مختلف اقلیمی و فیزیکی از جمله رطوبت خاک در عمق 0 تا 10 سانتی‌متر، رطوبت خاک در عمق 100 تا 200 سانتی‌متر، دمای هوا، آب معادل برف، رواناب حاصل از ذوب برف، ، بارش برف، بارش باران، نرخ کل بارندگی، تبخیر و تعرق، سرعت باد، رواناب سطحی، رواناب آب زیرزمینی، تبخیر بالقوه، فشار هوا، رطوبت نسبی، شار خالص گرمای نهان، شار حرارتی زمین، شار خالص حرارتی محسوس، تبخیر از خاک لخت، تبخیر از تاج پوشش، تعرق و تبخیر و تعرق بالقوه است. شاخص مزبور، تاکنون فقط در مقیاس قاره‌ای محاسبه شده‌است. این در حالی است که پایش خشکسالی در مقیاس حوضه‌ای به‌عنوان یکی از جنبه‌های مدیریتی منابع آب دارای اهمیت است. از طرفی به‌دلیل نبودن اطلاعات کافی برای تخمین پارامترهای مزبور، استفاده از اطلاعات پایگاه‌های داده جهانی راه‌گشا خواهد بود. از این‌رو در پژوهش حاضر، علاوه بر معرفی فرایند محاسبه شاخص SZIsnow، در حوضه آبریز دز، اقدام به استخراج پارامترهای مورد نیاز شاخص در مقیاس زمانی 3، 6 و 12ماهه و دوره ۴۱ساله (1982 تا 2023) با استفاده از داده‌های  GLDASو سپس پایش خشکسالی حوضه مورد مطالعه شد. نتایج نشان داد که شاخص جدید SZIsnow، چندمتغیره‌ای است که به‌واسطه وجود پارامترهایی که فاقد مشاهدات زمینی است و از سوی دیگر دردسترس‌بودن پایگاه معتبر GLDAS، امکان محاسبه شاخص را فراهم می‌آورد. همچنین نتایج نشان داد که در گام‌های زمانی 3، 6 و ۱۲ماهه به‌ترتیب جولای، به میزان 0/59-، ماه ژوئن به میزان 0/45- و ماه اکتبر به میزان 0/35- بیشترین میزان خشکسالی را دارد.

کینوا گیاهی با ارزش غذایی مطلوب و پتانسیل رشد و تولید در شرایط نامساعد محیطی است که در برابر شوری تحمل زیادی دارد. استفاده مجدد از زه‌آب کشاورزی یک روش طبیعی و مهم در مدیریت زه‌آب است که موجب افزایش درآمد کشاورزان، تولید پایدار و امنیت غذایی خواهد شد؛ بنابراین این پژوهش با هدف بررسی آبیاری با زه‌آب کشاورزی و تنش شوری و کم‌آبی بر عملکرد و اجزای عملکرد گیاه کینوا (رقم تیتیکا) تحت سطوح شوری 2، 10، 15 و 20 دسی‌زیمنس بر متر و سطوح آبیاری کامل، آبیاری 80 و 60 درصد نیاز آبی گیاه با سه تکرار و در قالب کرت‌های خردشده و با طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی در مزرعه آزمایشی دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست دانشگاه شهید چمران اهواز در دو فصل پاییز و بهار در سال‌های 1401 و 1402 انجام شد. نیاز آبی گیاه با استفاده از اندازه‌گیری رطوبت خاک قبل از هر آبیاری و افزایش رطوبت به مقدار ظرفیت زراعی به روش وزنی انجام شد. تیمارهای آزمایشی پس از جوانه‌زنی بذرها و از ابتدای کشت اعمال شد. پس از رسیدن فیزیولوژیکی گیاه عملیات برداشت به‌صورت بریدن بوته از سطح خاک انجام شد و نمونه‌ها به‌منظور خشک‌کردن تعیین اجزای عملکرد به آزمایشگاه منتقل شد.

نتایج نشان داد که تنش شوری در مقایسه با تنش کم‌آبی (در سطح احتمال یک درصد) میزان تأثیر بیشتری روی کاهش عملکرد و اجزای عملکرد کینوا داشته است. همچنین بر اساس نتایج این مطالعه، بیشترین و کمترین میزان عملکرد دانه به‌ترتیب در فصل پاییز 5/45 و 1/8 و در فصل بهار 3/87 و 0/73 تن در هکتار به‌طور مشابه در تیمارهای S1I1 و S4I3 به‌دست آمد.

کم‌آبی و چگونگی سازگاری با آن مهم‌ترین مسئله کشاورزی ایران است. بهینه‌سازی الگوی کشت یکی از راهکارهای اساسی برای سازگاری با کم‌آبی است. در مطالعه حاضر، بهینه‌سازی الگوی کشت محصولات گیاهی آبی در استان فارس، به‌عنوان یکی از مهم‌ترین مناطق تولید محصولات کشاورزی ایران، ارزیابی شد. برای این منظور، از برنامه‌ریزی ریاضی خطی مبتنی بر سامانه استانی بیلان و حسابداری آب (SAWA) استفاده شد. الگوی کشت بهینه با هدف کمینه‌سازی حجم آب آبیاری کاربردی تعیین و با الگوی کشت فعلی و الگوی کشت سازمان جهاد کشاورزی (اکجک) برای سال زراعی 1403-1402 مقایسه شد. بر اساس نتایج، در الگوی کشت بهینه نسبت به الگوی کشت فعلی، سطح زیرکشت گندم 30 درصد، هر یک از گیاهان جو، ذرت دانه‌ای، ذرت علوفه‌ای، یونجه، چغندرقند، سیب‌زمینی، حبوبات سرمادوست و گیاهان روغنی سرمادوست 60 درصد، برنج 80 درصد، درختان گرمادوست 42 درصد و سبزی و صیفی 13 درصد کاهش یافته است. در مقابل، سطح زیرکشت هر یک از گروه‌های گیاهی حبوبات گرمادوست و درختان سرمادوست 60 درصد و حبوبات سرمادوست 150 درصد افزایش پیدا کرده است. در مجموع، برای دستیابی به اهداف سازگاری با کم‌آبی و کشاورزی پایدار تعریف‌شده در این مطالعه، کاهش 24 درصدی سطح زیرکشت آبی در استان فارس اجتناب‌ناپذیر است. یکی از مهم‌ترین دستاوردهای اجرای الگوی کشت بهینه کاهش مصرف آب آبیاری در استان به میزان 34 درصد بدون کاهش درآمد کشاورزان است. همچنین، با وجود اینکه در الگوی کشت بهینه نسبت به فعلی، میزان تولیدات گیاهی 32 درصد کاهش پیدا کرد، ولی  کشت گیاهان با بازده اقتصادی بیشتر و مصرف آب کمتر به‌جای گیاهان با بازده اقتصادی کمتر و مصرف آب بیشتر باعث شد تا بازدهی ناخالص اقتصادی الگوی کشت بهینه تفاوتی با الگوی کشت فعلی و اکجک نداشته باشد. مقایسه الگوی کشت بهینه با اکجک نشان داد که در اکجک به صرفه‌جویی آب، سازگاری با کم‌آبی و اصول کشاورزی پایدار به‌طور جدی توجه نشده است و با توجه به پیامدهای اضافه برداشت آب استان ضرورت دارد تا اکجک بازنگری و با درنظرگرفتن ضرورت سازگاری با کم‌آبی و پایداری تولید بهینه شود.

استفاده بی‌رویه از کودهای شیمیایی نیتروژنی در شالیزارها موجب آلودگی خاک، آب و هدررفت منابع شده است. با توجه به اینکه بیوفیلم پریفایتون تشکیل‌شده در اراضی شالیزاری مسئول اصلی تبادلات عناصر غذایی است، پژوهشی با هدف بررسی اثر پریفایتون در فرایند نیترات‌سازی در شالیزارها طراحی و با 12 تیمار اجرا شد. تیمارها شامل پریفایتون، نیتریفیکاتورهای پرتوان و کم‌توان جداشده از پریفایتون و پریفایتون غنی‌شده با نیتریفیکاتورها و ترکیب آن‌ها با بازدارنده شیمیایی دی‌سیان‌دی‌آمید بودند. پژوهش به‌صورت کشت گلخانه‌ای برنج در مدت 30 روز انجام پذیرفت. نتایج نشان داد که کاربرد همزمان پریفایتون غنی‌شده با نیتریفیکاتور کم‌توان و دی‌سیان‌دی‌آمید می‌تواند موجب افزایش میزان نیتروژن کل، فسفر و آمونیوم در خاک و نیتروژن کل، فسفر، پتاسیم، طول اندام هوایی و وزن خشک در گیاه برنج شود. همچنین این تیمار موجب کاهش تبدیل آمونیوم به نیترات و متعاقب آن کاهش پتانسیل نیترات‌سازی در خاک شد و با افزایش تجمع آمونیوم باعث افزایش بهره‌برداری گیاه برنج از آن شد. پریفایتون می‌تواند به‌عنوان یک مخزن جدید برای جداسازی انواع میکروارگانیسم‌ها در نظر گرفته شود و همچنین استفاده از آن در شالیزارها به‌عنوان یک راه‌حلی زیستی نوین و سالم برای کنترل فرایند نیترات‌سازی به همراه کاربرد کمتر مواد شیمیایی بازدارنده در مسیر پژوهش‌های آینده قرار گیرد.

سرریزهای کلیدپیانویی شکل جدیدی از سرریزهای منقاری و به صورت غیرخطی هستند. به دلیل راندمان زیاد این سرریزها در ظرفیت عبور جریان، بررسی آبشستگی موضعی و راهکار برای کاهش آن دارای اهمیت فراوانی است. در پژوهش حاضر، برای اولین‌بار به بررسی آبشستگی موضعی در پایین‌دست سرریز کلیدپیانویی ذوزنقه‌ای نوع B پرداخته شد. سرریز در فاصله 5/50 متری از ابتدای کانال نصب شد و دارای ارتفاع 0/20 متر و سه سیکل (سه کلید خروجی، دو کلید ورودی و دو نیم‌کلید ورودی) است. از سه عمق پایاب و سه دبی جریان مختلف نیز استفاده شد. با افزایش عدد فرود ذرات و دبی جریان و کاهش عمق پایاب، بیشینه عمق آبشستگی افزایش می‌یابد. محدوده پارامتر بدون بعد عدد فرود ذرات در پژوهش حاضر بین 1 تا 2 متغیر است. همچنین از دو مصالح بستر شن و ماسه استفاده شد. با افزایش قطر مصالح بستر، بیشینه عمق آبشستگی کاهش خواهد یافت. شاخص آبشستگی در مصالح بستر شن به‌مراتب کمتر از مقدار شاخص آبشستگی در مصالح ماسه بوده و به این معنا است که خطر واژگونی سرریز در مصالح بستر شن بسیار کمتر است.

گندم یکی از مهم‌ترین محصولات غذایی در سراسر جهان است. در زمینه بحران جهانی غذا و تغییرات آب‌وهوایی، پیش‌بینی دقیق تولید گندم برای توسعه کشاورزی دقیق از اهمیت زیادی برخوردار است. سنجش‌ازدور امکان پیش‌بینی غیرمستقیم تولید محصول را قبل از برداشت فراهم می‌کند. در این پژوهش به بررسی کاربرد روش‌های جنگل تصادفی و رگرسیون بردار پشتیبان در شبیه‌سازی تولید گندم در ده مزرعه انتخابی در دشت قزوین طی دوره 2020-2019 با استفاده از شاخص‌های گیاهی MSAVI ،NDVI و EVI پرداخته شده است. برای شاخص‌های گیاهی از ماهواره سنتینل2 استفاده شد. تولید ده مزرعه گندم از سازمان جهاد کشاورزی استان قزوین دریافت شد. به‌منظور ارزیابی داده‌های تولید گندم مشاهداتی و شبیه‌سازی‌شده با استفاده از روش‌های رگرسیون بردار پشتیبان و جنگل تصادفی از آماره‌های  RMSE ،MBE ،R² و  MAE ارزیابی شد. به‌منظور بررسی شبیه‌سازی تولید گندم با استفاده از شاخص‌های گیاهی، هفت روش (روش‌های یک تا سه هر شاخص به‌صورت جداگانه، در روش‌های چهار تا شش شاخص‌ها به‌صورت ترکیب دوتایی و در روش هفت اثر ترکیبی هر سه شاخص) تعریف شد. مدل رگرسیون بردار پشتیبان در همه روش‌ها به‌جز روش یک و چهار در مرحله آزمون با ضریب تبیین بیش از 0/98 و مقدار اندک RMSE تخمین مناسبی از تولید گندم داشته است. مدل جنگل تصادفی در همه روش‌ها به‌جز روش دو و شش در مرحله آزمون با احتمال معنی‌داری 95% (0/00=P-value) و ضریب تبیین بیش از 0/8 تخمین مناسبی از تولید گندم داشته است. به‌طورکلی، این پژوهش اهمیت و پتانسیل تکنیک‌های یادگیری ماشین را برای پیش‌بینی به‌موقع تولید محصول نشان می‌دهد که پایه محکمی برای امنیت غذایی در منطقه فراهم می‌کند.

خشکسالی مخاطره‌ای است که می‌تواند تأثیرات گسترده‌ای بر تنوع زیستی، زیستگاه‌های گونه‌های وحشی و پایداری اکوسیستم داشته باشد. پژوهش حاضر به بررسی وضعیت خشکسالی در منطقه دهستان بناب پرداخته است. به این منظور از شاخص‌های طیفی تفاوت نرمال‌شده پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص آب (NDWI)، شاخص رطوبت (NDMI)، شاخص گیاهی تنظیم‌شده خاک (MSAVI) و دمای سطح زمین (LST) در بازه زمانی 2013 تا 2024 استفاده شد. نتایج نشان می‌دهد که مقدار بیشینه شاخص NDWI از 0/16 در سال 2013 به 0/14 در سال 2024 رسیده و این امر نشان از تشدید خشکسالی داشته است؛ لیکن وضعیت شاخص‌های NDVI و MSAVI که هر دو برای بررسی پوشش گیاهی به کار گرفته شده‌اند، با افزایش روبرو شده و مقدار بیشینه NDVI از 0/53 در سال 2013 به 0/58 در سال 2024 رسیده و این مقدار برای شاخص MSAVI برای سال‌های 2013 و 2024 به‌ترتیب معادل 0/69 و 0/73 بوده است. از بین شاخص‌های‌ یادشده تمامی شاخص‌ها به غیر از شاخص NDWI با شاخص LST دارای همبستگی منفی بوده و شاخص MSAVI با مقادیر ضریب پیرسون معادل 0/39- در سال 2013 از بیشترین همبستگی منفی برخوردار بوده است. نتایج یادشده با نتایج به‌دست‌آمده از مدل SVM نیز هم‌راستا بوده است. چنانجه در این مدل نیز دیده می‌شود که سطح زمین‌های بایر از 887 کیلومترمربع در سال 2013 به 851 کیلومترمربع در سال 2024 کاهش یافته است.

باتوجه به نیاز روزافزون به منابع آب و کاهش منابع آب سطحی، آگاهی از کیفیت منابع آب سطحی از نیازهای مهم در برنامه‌ریزی، توسعه و حفاظت از منابع آب به شمار می‌رود. این پژوهش با هدف مدل‌سازی شاخص کیفیت آب (ویژگی پرکاربرد تعیین کیفیت آب) به کمک مدل‌های یادگیری ماشین جنگل تصادفی و ماشین بردار پشتیبان در رودخانه زاینده‌رود انجام شده است. باتوجه به تعدد شاخص‌های کیفیت آب، در این پژوهش از شاخص NSFWQI استفاده شد. ابتدا این شاخص محاسبه و در ادامه، از داده‌های ورودی شامل ویژگی‌های کیفی آب 8 ایستگاه در یک دوره ۳۱ساله و شاخص کیفیت آب رودخانه‌ استفاده شد. در این پژوهش در مرحله آموزش 80 درصد داده‌ها و در مرحله ارزیابی 20 درصد باقی‌مانده استفاده شده و بر اساس نتایج معیارهای ارزیابی R²،  CRMو NRMSE مدل بهینه انتخاب شد. نتایج نشان داد در چهار ایستگاه الگوریتم ماشین بردار پشتیبان (-0/003122<0/982 ) و در چهار ایستگاه الگوریتم جنگل تصادفی (-0/001142<0/999) عملکرد بهتری نشان داد. همچنین نتایج نشان داد که برای صرفه‌جویی در زمان و هزینه، سری شماره 3 (شامل سه ویژگی هدایت الکتریکی، کل مواد جامد محلول و سختی کل) به‌منظور برآورد شاخص کیفیت آب بهترین ترکیب بوده است.

برنج به‌عنوان یکی از مهم‌ترین محصولات استراتژیک جهان، نقش حیاتی در تأمین امنیت غذایی دارد. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر روش‌های مختلف مدیریت تغذیه بر عملکرد و بهره‌وری آب در کشت خشکه‌کاری برنج (رقم عنبوری قرمز پاکوتاه) در ایستگاه تحقیقاتی شاوور خوزستان انجام شد. آزمایش به‌صورت طرح بلوک‌های کامل تصادفی با چهار تیمار شامل: 1) عرف زارع، 2) آزمون خاک، 3) آزمون خاک + تغذیه تکمیلی و 4) کاهش ۲۵ درصد کود شیمیایی + کودهای زیستی در سه تکرار اجرا شد. نتایج نشان داد که تیمارهای آزمون خاک + تغذیه تکمیلی (4270 کیلوگرم در هکتار) و کود زیستی با کاهش 25 درصد کود شیمیایی (4356 کیلوگرم در هکتار) به‌ترتیب 17 و 19/3 درصد افزایش عملکرد نسبت به عرف زارع (3651 کیلوگرم در هکتار) داشتند که بیشتر ناشی از افزایش تعداد خوشه در مترمربع (%14-10) و کارایی جذب عناصر غذایی بود. همچنین، تیمار کود زیستی با کاهش مصرف نهاده‌های شیمیایی، بیشترین بهره‌وری مصرف آب (0/25 کیلوگرم بر مترمکعب) و بهترین نسبت فایده به هزینه (23/25) را نشان داد. تحلیل اقتصادی تأیید کرد که ترکیب کودهای زیستی با کاهش 25 درصدی کودهای شیمیایی، علاوه بر حفظ عملکرد، هزینه‌ها را به‌طور معنی‌داری کاهش می‌دهد. یافته‌ها حاکی از آن است که تلفیق آزمون خاک با کودهای زیستی یا تغذیه مرحله‌ای، راهکاری مؤثر برای افزایش عملکرد، بهبود کارایی مصرف آب و کاهش وابستگی به نهاده‌های شیمیایی در کشت خشکه‌کاری برنج است. این روش‌ها به‌ویژه در مناطق کم‌آبی مانند خوزستان که با چالش شوری و محدودیت منابع آب مواجه‌اند، می‌توانند به عنوان الگویی پایدار برای کشاورزان توصیه شوند.

هدررفت خاک و تخریب فراوان ناشی از فرسایش خندقی همواره خسارات فراوانی به همراه داشته است. به دلیل اینکه اندازه گیری مستقیم میدانی و پایش فرسایش خندقی امری هزینه بر و زمان بر است، امکان تعیین میزان هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی بسیار مشکل است. این پژوهش با هدف محاسبه حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی با استفاده از مدل های یادگیری ماشین در حوزه آبخیز آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد بر اساس مطالعات میدانی، انجام شده است. مدل های یادگیری ماشین عبارت‌اند از: جنگل تصادفی، ماشین بردار پشتیبان، شبکه عصبی مصنوعی و سیستم استنباط فازی عصبی تطبیقی. ازاین‌رو، موقعیت 68 خندق در منطقه ثبت و به منظور مدل سازی هدررفت خاک ناشی از خندق ها، لایه های رقومی عوامل تأثیرگذار بر گسترش خندق ها از جمله عوامل توپوگرافی، خاک شناسی، سنگ شناسی و هیدرولوژیک به عنوان متغیرهای مستقل تهیه شد. سپس حجم خاک ازدست‌رفته ناشی از فرسایش خندقی منطقه در تعدادی خندق معرف به صورت مستقیم به عنوان متغیر وابسته در عرصه اندازه گیری شد. خندق های اندازه گیری‌شده، به صورت تصادفی به دو گروه آموزش و اعتبارسنجی تقسیم شدند. نتایج مدل ها با استفاده از خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و شاخص R2 ارزیابی شده و مدل ها با یکدیگر مقایسه شدند. بر اساس نتایج این مطالعه، فرسایش خندقی در حوضه آبگندی استان کهگیلویه و بویراحمد هر ساله رو به افزایش است و در شرایطی که میزان بارندگی و همچنین فراوانی بارش‌های سنگین (بیشتر از مقدار پنج میلی‌متر یا بیشتر) و دارای شدت زیادی باشد، میزان فرسایش و هدررفت خاک به طور مستقیم افزایش چشمگیر خواهد داشت. از میان مدل‌های یادگیری ماشین مورد استفاده در این پژوهش، مدل جنگل تصادفی به عنوان مدل برتر در زمینه پیش‌بینی هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی انتخاب شد.

با بهره‌گیری از دمای سطح زمین، اطلاعات مهمی در زمینه تأثیر کاربری اراضی بر فرایندهای بیلان انرژی به دست می‌آید؛ بنابراین هدف از این پژوهش بررسی روند تغییرات LST در اثر تغییر کاربری اراضی دهستان گوراب است. برای مدل‌های طبقه‌بندی حداکثر احتمال (MLC) و ماشین بردار پشتیبانی (SVM)، چهار نوع کاربری پهنه‌های آبی، زمین بایر، زمین زراعی و جنگل از سال 2013 تا 2024 تعیین شد. بررسی‌ها نشان داد که وسعت پهنه‌های آبی در دوره خشک از 0/9 کیلومترمربع در سال 2013 به 0/4 کیلومترمربع در سال 2024 رسیده و 0/5 کیلومترمربع کاهش یافته است. در مقابل، وسعت پهنه جنگلی از 136/1 کیلومترمربع در دوره خشک سال 2013 به 147/2 کیلومترمربع در سال 2024 افزایش یافته است. مقادیر ضریب کاپا برای هر یک از مدل‌های SVM و MLC در دوره مرطوب سال 2021 به ترتیب معادل 53/94و 68/7 به دست آمد. بر این اساس دیده شد که مدل MLC از دقت بیشتری برخوردار است. برای انطباق شاخص‌های طیفی با مقادیر LST، مقادیر NDVI، NDSI و NDWI محاسبه شد. تغییرات کاربری زمین در بازه زمانی 2013 تا 2024 بر دمای سطح زمین تأثیر گذاشته و باعث نوسان دمایی از 11/5 درجه سانتی‌گراد تا 21/18 درجه سانتی‌گراد در فصل مرطوب و 31/81 تا 31/45 درجه سانتی‌گراد در فصل خشک شده است. بیشترین مقادیر LST متعلق به خاک بایر بوده و پهنه‌های آبی و پوشش گیاهی دارای کمترین مقادیر LST هستند. در بین شاخص‌های طیفی بیشترین همبستگی مثبت به میزان 0/64 متعلق به شاخص NDWI بوده و در سال 2024 دیده شد. بیشترین همبستگی منفی نیز به میزان 0/66- متعلق به شاخص NDVI در سال 2024 بوده است. در بازه زمانی 11 سال، مساحت پهنه‌های جنگلی 8/15 درصد افزایش و اراضی زراعی 33/5 درصد کاهش داشته‌اند. در این بین بیشترین تغییر متعلق به زمین‌های زراعی بوده و مساحت آن از 35/5 کیلومترمربع به 23/6 کیلومترمربع کاهش یافته است. 

فرسایش خاک و انتقال رسوبات از چالش‌های اساسی در مدیریت منابع آب‌وخاک کشور به شمار می‌رود. در این پژوهش، با هدف تخمین حجم تولید رسوب و بررسی وضعیت فرسایش در حوضه آبریز پلاسجان، از مدل تجربی اصلاح‌شده پسیان (Modified PSIAC)  استفاده شد. این مدل بر پایه ارزیابی نه عامل مؤثر شامل ویژگی‌های زمین‌شناسی، خصوصیات خاک، شرایط اقلیمی، میزان رواناب، شیب زمین، وضعیت پوشش گیاهی، نوع کاربری اراضی، فرسایش سطحی و فرسایش جریان‌های آبی طراحی شده و از طریق امتیازدهی و ترکیب لایه‌های اطلاعاتی، شدت رسوب‌زایی در هر زیرحوضه به‌صورت کمی و کیفی تعیین می‌شود. در این پژوهش، ابتدا داده‌های پایه با بهره‌گیری از سامانه اطلاعات جغرافیایی (GIS) آماده‌سازی و تحلیل شد. سپس امتیاز نهایی شاخص فرسایش برای هر زیرحوضه محاسبه و بر اساس جداول استاندارد مدل، سطوح خطر فرسایش در طبقات مختلف تعیین شد. مقدار کل رسوب تولیدی در حوضه حدود 803,301 تن در سال برآورد شد و نسبت تحویل رسوب (SDR) برابر با 14/84 درصد محاسبه شد که بیانگر رسوب‌گذاری چشمگیر در مسیرهای انتقال است. نتایج نشان داد که بیشتر زیرحوضه‌ها در طبقه فرسایش متوسط قرار دارند و پوشش گیاهی ناکافی، شیب زیاد و تغییرات کاربری اراضی از مهم‌ترین عوامل افزایش رسوب محسوب می‌شوند. بر اساس یافته‌ها، تمرکز بر شناسایی مناطق بحرانی، اجرای طرح‌های کنترل فرسایش و بهره‌گیری از فناوری‌های سنجش از دور و سیستم‌های پایش رسوب ضروری به نظر می‌رسد. این مطالعه می‌تواند پایه‌ای علمی برای تصمیم‌گیری مدیریتی در حوضه‌های مشابه و کاهش خطرات ناشی از فرسایش فراهم کند.

یکی از مواردی که در تعیین بازشدگی پل های رودخانه ای دارای اهمیّت زیادی است، عدم انسداد جریان در اثر کاهش مقطع عبوری سیلاب است. در این مقاله تعیین بازشدگی مورد نیاز برای عبور جریان رودخانه در محل پل با استفاده از مفهوم انرژی مخصوص و مدل‌سازی یک بعدی و سه بعدی جریان بررسی شده است. ابتدا با استفاده از مفهوم انرژی مخصوص، بیشینه پیش آمدگی خاکریزهای طرفین پل در رودخانه به‌گونه‌ای تعیین شد که باعث تغییر وضعیت جریان آب در بالادست پل نشود. ابعاد به‌دست‌آمده برای بازشدگی پل، به صورت عددی و در دو حالت یک بعدی و سه بعدی شبیه سازی شده و وضعیت جریان در محل پل و بالادست آن ارزیابی و مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل عددی یک بعدی مقدار برگشت آب را به طور متوسط 67 درصد بیشتر از مدل سه بعدی پیش بینی می کند. این درحالی است که بیشینه تنش برشی به‌دست‌آمده از مدل یک بعدی به طور متوسط 33 درصد کمتر از مدل سه بعدی است. اثر بیه پل بر مقدار برگشت آب و سایر متغیرهای هیدرولیکی جریان از جمله تنش برشی بستر و سرعتِ بیشینه با استفاده از مدل سه بعدی نیز بررسی شده است. در حالت بیه 40 درجه مقدار افزایش عمق آب، 19/2 درصد مقدار عمق نرمال به دست آمد.