علوم آب و خاک

برنج  (.Oryza sativa L) از مهم‌ترین محصولات زراعی و غذای اصلی بیش از نیمی از مردم جهان است. با توجه به کمبود منابع آب کشور کشت برنج به‌صورت سنتی با محدودیت روبه‌روست. مطالعه حاضر به‌منظور مقایسه کشت مستقیم (خشکه‌کاری) سه رقم برنج (جوزدان، فیروزان و سازندگی) با استفاده از سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی (DI) و زیرسطحی (SDI) انجام شد. آزمایش به‌صورت کرت‌های خردشده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی و سه تکرار طی دو سال (1399-1398) در مزرعه آزمایشی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در نجف‌آباد اجرا شد. در این مطالعه با توجه به نتایج تجزیه و تحلیل واریانس، مناسب‌ترین رقم برای خشکه‌کاری کاری برنج در منطقه بین ارقام مورد آزمایش، رقم سازندگی با عملکرد دانه 3400 کیلوگرم در هکتار بود. نتایج این آزمایش نشان داد میزان آب مصرفی در آبیاری قطره‌ای سطحی 20 درصد کمتر از آبیاری زیرسطحی بوده است. همچنین خشکه‌کاری در مقایسه با کشت غرقابی منطقه باعث کاهش 40 درصدی میزان مصرف آب شد. هرچند میزان عملکرد دانه نیز تا حدود 45 درصد کاهش یافت.

کربن آلی خاک با افزایش کیفیت خاک از راه بهبود ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک شرایط را برای رشد بهتر گیاه فراهم می‌کند؛ بنابراین به‌منظور بررسی کارایی منابع مختلف مواد آلی بر برخی ویژگی‌های خاک و عملکرد گندم، آزمایشی در قالب طرح آماری بلوک‌های کامل تصادفی و به‌صورت کرت‌های یکبار خردشده با سه تکرار به مدت پنج سال در ایستگاه تحقیقات کشاورزی شاوور استان خوزستان انجام شد. کرت‌های اصلی شامل کود گاوی، کود مرغی، کاه و کلش گندم، باگاس و فیلترکیک نیشکر و کرت‌های فرعی شامل سه سطح کودی 2/5، 5 و 10 تن در هکتار بودند. همچنین در هر تکرار یک کرت به‌عنوان شاهد (بدون مصرف کود آلی) در نظر گرفته شد. بررسی نتایج نشان داد که از بهترین منابع کود آلی موجود در استان که نتیجه مطلوبی در افزایش عملکرد گندم و بهبود خواص فیزیکی خاک داشته‌اند، کودهای فیلترکیک، گاوی و باگاس نیشکر (به‌ترتیب با میزان عملکرد 4467، 4772 و 4452 کیلوگرم در هکتار) هستند. کاه و کلش گندم نیز با کمترین تأثیر بر عملکرد (4019 کیلوگرم در هکتار) تنها در بهبود خواص فیزیکی و شیمیایی خاک نقش عمده‌ای ایفا می‌نماید. گفتنی است که از آنجایی که در مجموع نتایج حاصل، بین مقادیر مصرف کود اختلاف معنی‌داری دیده نشده است، مصرف 2/5 تن در هکتار از هر منبع کودی مقرون‌به‌صرفه‌تر بوده و توصیه می‌شود. همچنین به نظر می‌رسد کاربرد تلفیقی از فیلترکیک با باگاس نیشکر و یا کود گاوی و یا مرغی با کاه و کلش گندم، در مجموع به میزان 2/5 تن در هکتار نتیجه مطلوب‌تری در افزایش عملکرد گندم و بهبود خواص فیزیکی خاک داشته باشد.

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.

پژوهش حاضر به بررسی تغییرات خط ساحلی بخش جنوبی دریای خزر در استان مازندران در بازه زمانی ۲۴ساله (2023–2000) با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای لندست ۸ و سنتینل-۲ پرداخته است. تصاویر از پایگاه‌های USGS و Google Earth Engine تهیه و پس از تصحیحات هندسی و رادیومتریک، با بهره‌گیری از باندهای Near-Infrared و Shortwave Infrared برای تشخیص مرز بین خشکی و آب استفاده شدند. خط ساحلی به‌صورت بصری از تصاویر استخراج و برای هر بازه زمانی ترسیم شد. تغییرات مکانی خطوط ساحلی با استفاده از ابزار DSAS در محیط ArcGIS و به کمک روش‌های آماری شامل حرکت خالص خط ساحلی (NSM)، پوشش تغییر خط ساحلی (SCE)، نرخ نقطه پایانی (EPR) و نرخ رگرسیون خطی (LRR) تحلیل شد. نتایج حاکی از پسروی قابل توجه خط ساحلی در بسیاری از نواحی مورد مطالعه و کاهش مداوم سطح آب دریای خزر در دهه اخیر است. ترکیب تحلیل‌های سنجش از دور با داده‌های جوی (دما، بارندگی و دبی رودخانه‌ها) دقت نتایج را افزایش داده و نشان می‌دهد در صورت تداوم روند کنونی، احتمال پسروی شدیدتر سواحل جنوبی تا سال 2050 وجود دارد. این یافته‌ها بر ضرورت مدیریت هوشمند منابع آبی و اتخاذ سیاست‌های سازگار با تغییر اقلیم در منطقه تأکید دارند.

کاهش نفوذپذیری خاک در اثر ته‌نشینی ذرات معلق، یکی از موانع اصلی در عملکرد بهینه سامانه‌های تغذیه مصنوعی آبخوان‌ها به شمار می‌رود. در این پژوهش، تأثیر غلظت رسوبات (0/5، 2 و 4 گرم بر لیتر)، اندازه ذرات خاک و توزیع عمقی بر فرایند انسداد در ستون‌های آزمایشگاهی بررسی شد. نتایج نشان داد که کاهش نفوذپذیری در دو مرحله رخ می‌دهد: در مرحله اول با افت اولیه سریع به‌دلیل انسداد منافذ درشت در 10 دقیقه نخست، و مرحله دوم که در آن سیستم به تعادل نسبی می‌رسد. افزایش غلظت رسوبات موجب افت سریع‌تر و رسیدن به مقادیر تعادلی کمتر شد. خاک‌های ریزدانه با وجود نفوذپذیری اولیه کمتر، پایداری عملکرد بیشتری در برابر انسداد نشان دادند؛ در حالی‌که خاک‌های درشت‌دانه، کاهش شدیدتری را تجربه کردند. همچنین تحلیل عمقی نشان داد بیشترین افت نفوذپذیری در عمق 40 تا 50 سانتی‌متر رخ داده و در عمق‌های کمتر به‌دلیل کاهش تراکم ذرات معلق، مقدار نفوذپذیری افزایش یافته است. این یافته‌ها می‌توانند در انتخاب مصالح، طراحی لایه‌های زیرین حوضچه، پیش‌بینی عمر مفید سامانه و تنظیم بار رسوبی ورودی برای افزایش بهره‌وری سامانه‌های تغذیه مصنوعی کاربرد داشته باشند.

آبهای زیرزمینی به‌عنوان منابع حیاتی برای تأمین نیازهای شرب، کشاورزی و صنعتی در مناطق خشک و نیمه‌خشک ایران از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. در این مطالعه، مدل‌سازی تغییرات کمّی و کیفی آب‌های زیرزمینی دشت گرمسار در بازه زمانی ۱۳۹۰ تا ۱۴۰۲ با استفاده از نرم‌افزارهای MODFLOW،GIS و MT3DMS انجام شد. داده‌های مکانی و اقلیمی به‌صورت جامع در محیط GIS پردازش و آماده‌سازی شد و شبیه‌سازی جریان آب زیرزمینی با مدل MODFLOW و تحلیل تغییرات کیفیت آب با مدل MT3DMS انجام شد. مدل پس از صحت‌سنجی با داده‌های میدانی سال‌های ۱۳۹۹ تا ۱۴۰۲ با شاخص‌های آماری میانگین خطای مطلق (MAE) در بازه 0/4 تا 0/5 متر و ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) بین 0/5 تا 0/6 متر، دقت قابل قبولی از خود نشان داد. نتایج مدل‌سازی نشان داد که افزایش ۱۵ درصدی برداشت آب منجر به کاهش سطح ایستابی تا ۸ متر، برداشت ثابت کاهش ۷ متر و کاهش ۱۵ درصدی برداشت کاهش ۵ متری سطح آب را به دنبال دارد. از منظر کیفیت، کاهش برداشت باعث بهبود کیفیت آب آبیاری اما افزایش غلظت برخی آلاینده‌ها شد که نیازمند تدوین راهکارهای مدیریتی مؤثر برای حفاظت از منابع آب زیرزمینی است. یافته‌های این پژوهش گویای اهمیت بهره‌برداری پایدار و مدیریت هوشمند منابع آب زیرزمینی دشت گرمسار 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.

با توجه به ضرورت افزایش تولید گندم به‌عنوان یک محصول راهبردی در بخش کشاورزی، شناسایی عوامل مؤثر بر تولید این محصول بسیار حائز اهمیت است. در مطالعه حاضر با استفاده از رهیافت تخمین توابع تولید و انتخاب تابع تولید برتر، این موضوع بررسی شده است. مدل پژوهش با استفاده از داده‏های ترکیبی طی یک دوره ۱۵ساله بین سال‌های زراعی 1400-1385 در شهرستان‌های استان اصفهان با استفاده از نرم‌افزار Eviews10 برآورد شد. نتایج به‌دست‌آمده نشان داد در میان نهاده‌های تولید، آب مصرفی بیشترین اثر مثبت را بر عملکرد گندم داشته است؛ به‌طوری ‌که با افزایش یک درصد در میزان آب، عملکرد گندم به‌طور متوسط 0/41 درصد افزایش یافته است. سایر عوامل مؤثر شامل سطح زیرکشت، کود، بذر و نیروی کار نیز اثرهای مثبت و معناداری داشته‌اند؛ درحالی‌که دمای هوا اثر منفی بر عملکرد گندم داشته است. متغیر ماشین‌آلات کشاورزی فاقد اثر معنا‌دار بوده است. با توجه به اقلیم خشک و نیمه‌خشک استان اصفهان از یک‌سو و نقش مهم آب در عملکرد گندم از سوی دیگر، به‌کارگیری روش‌های نوین آبیاری و افزایش بهره‌وری مصرف آب می‌تواند نقش کلیدی در ارتقای تولید گندم ایفا کند.

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.

زمان تمرکز (Tc) یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات هیدرولوژیک است که نقش مهمی در طراحی سازه‌های کنترل سیلاب، شبیه‌سازی رواناب و مدیریت منابع آب ایفا می‌کند. در این پژوهش، عملکرد هفت رابطه تجربی شامل برانس - ویلیامز، کالیفرنیا، جیاندوتی، کرپیچ، پیلگریم، هیدروگراف استدلالی و کارتر در برآورد زمان تمرکز برای ۳۵ زیرحوضه در استان خوزستان بررسی شد. برای ارزیابی دقت این روابط، ابتدا شش زیرحوضه با داده‌های معتبر بارش - رواناب انتخاب و زمان تمرکز مشاهداتی آن‌ها محاسبه شد. سپس، خروجی روابط تجربی با مقادیر مشاهده‌ای مقایسه شد و با استفاده از شاخص‌هایی مانند RMSE، ME و ضریب کارایی نش - ساتکلیف (NSE) تحلیل آماری صورت گرفت. نتایج نشان داد که مدل کرپیچ با RMSE معادل 2 ساعت، ME برابر با 0/44 ساعت و NSE برابر با 0/91، دقیق‌ترین و قابل‌اعتمادترین تخمین را ارائه می‌دهد. پس از آن، از این روابط برای تخمین زمان تمرکز در سایر زیرحوضه‌ها استفاده شد. درنهایت، نقشه پهنه‌بندی زمان تمرکز تولید شد که می‌تواند به‌عنوان ابزاری مؤثر برای طراحی هیدرولیکی، تحلیل سیلاب و برنامه‌ریزی بهینه منابع آب در استان خوزستان مورد بهره‌برداری قرار گیرد.

ارزیابی کیفیت خاک به‌منظور مدیریت پایدار اراضی، نقش برجسته‌ای در تشخیص وضعیت مناطق دچار تخریب خاک به ویژه خاک‌های شور و سدیمی ایفا می‌کند. این مطالعه با هدف تعیین توزیع مکانی شاخص کیفیت خاک (Soil Quality Index-SQI) در اراضی شور و سدیمی حاشیه دریاچه ارومیه با استفاده از روش‌های زمین‌آماری کریجینگ و وزن‌دهی عکس فاصله (IDW) انجام شد. بدین منظور، 82 نمونه خاک از عمق 30–0 سانتی‌متری جمع‌آوری و 24 ویژگی فیزیکی، شیمیایی و فلزات سنگین خاک آنالیز شدند. شاخص کیفیت خاک با استفاده از دو رویکرد خطی و غیرخطی محاسبه شد. همچنین، حداقل مجموعه داده (Minimum Data Set – MDS) شامل 8 متغیر هدایت الکتریکی (EC)، درصد سیلت، کربن آلی (OC)، چگالی ظاهری (BD)، کادمیوم (Cd)، رس، کربنات کلسیم (CaCO₃) و سرب (Pb) شناسایی شد که بیش از 78% از واریانس کل داده‌ها را تبیین کردند. نتایج نشان دادند که شاخص کیفیت خاک در منطقه دارای تغییرپذیری مکانی متوسطی است و الگوی آن از غرب به شرق منطقه کاهش می‌یابد. مقایسه روش‌های درون‌یابی نشان داد که روش کریجینگ در مدل خطی و روش IDW در مدل غیرخطی دقت بیشتری دارند. همچنین، مدل کروی با دامنه تأثیر متغیر بین 6130 تا 20610 متر بهترین برازش را با سمیواریوگرام‌های تجربی داشت؛ بنابراین، استفاده از شاخص کیفیت خاک در کنار روش‌های زمین‌آماری ابزاری مؤثر برای شناخت تغییرپذیری مکانی خاک و برنامه‌ریزی مناسب در مدیریت اراضی شور و سدیمی محسوب می‌شود.

سیلاب یکی از پرتکرارترین و مخرب‌ترین بلایای طبیعی در جهان به شمار می‌رود که هر ساله خسارات گسترده‌ای به زیرساخت‌های انسانی و محیط‌زیست وارد می‌کند. هدف این پژوهش، ارزیابی خسارات مستقیم سیلاب با استفاده از مدل HEC-FIA در حوضه آبخیز سمیرم است. در گام نخست، نقشه‌های سیلاب حاصل از مدل HEC-RAS بر مبنای داده‌های مدل ارتفاع رقومی (DEM)، اطلاعات هیدرولوژیک و ضرایب زبری، در شرایط جریان یکنواخت و ناپایدار تولید شدند. سپس با تبدیل نقشه‌ها به فرمت قابل‌استفاده در نرم‌افزار HEC-FIA و تلفیق آن با داده‌های اقتصادی، کاربری اراضی و جمعیت، برآورد خسارات سیلاب انجام گرفت. پایگاه داده‌های اقتصادی شامل اطلاعات به‌روز‌شده مربوط به کاربری‌های کشاورزی، باغی، مسکونی و صنعتی بوده که بخشی از آن از طریق بازدیدهای میدانی تأمین شد. سیلاب رخ‌داده در تاریخ ۲۰ اسفند ۱۳۸۴ به‌عنوان سیلاب پایه انتخاب شد و تحلیل خسارات برای دوره‌های بازگشت مختلف انجام شد. نتایج نشان دادند که بیشترین خسارت به بخش کشاورزی وارد شده است. در سیلاب سال پایه، مجموع خسارات کشاورزی بیش از ۸۲۱ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی حدود ۳ میلیارد ریال برآورد شد. همچنین، در دوره بازگشت ۱۰۰۰ساله، خسارات کشاورزی به ۱۴۲۷ میلیارد ریال و خسارات ساختمانی به ۴۴ میلیارد ریال رسید. روند کاهش خسارات در دوره‌های بازگشت کمتر نیز بررسی شد و نشان داد که در دوره‌های بازگشت ۱۰ساله و کمتر، بخش ساختمانی خسارتی متحمل نشده، اما بخش کشاورزی همچنان آسیب‌پذیر باقی مانده است. یافته‌ها بیانگر آن است که مدل HEC-FIA قابلیت زیادی در برآورد خسارات مستقیم سیلاب در سطوح مختلف مکانی و زمانی دارد و می‌تواند ابزاری کارآمد در تصمیم‌سازی‌های مدیریتی و برنامه‌ریزی مقابله با سیلاب باشد.