علوم آب و خاک

تمایل به حفاظت از محیط‌زیست و افزایش تقاضای شیوه‌‌های سبز در برخورد با معضلات زیست‌محیطی، پژوهشگرا‌‌ن را به سمت درنظرگرفتن روشی پایدار و مطمئن در تصفیه فاضلاب رنگرزی سوق می‌‌دهد. یکی از این روش‌‌ها، تصفیه با استفاده از فرایند انعقاد الکتریکی است. در این پژوهش، به‌منظور ارزیابی کارایی سیستم‌ انعقاد الکتریکی در تصفیه فاضلاب رنگرزی، یک رآکتور انعقاد الکتریکی ناپیوسته طراحی و تأثیر دو پارامتر فاصله بین الکترودها و زمان ماند بر راندمان حذف آلاینده‌ها بررسی شد. به‌منظور بررسی تأثیر فاصله الکترود، فاصله‌‌های 2، 5 و 7 سانتی‌متر در نظر گرفته شد و به‌منظور مشخص‌کردن تأثیر زمان ماند، آزمایش‌‌ها با زمان ماند 10، 15، 20، 25 و 30 دقیقه انجام شد. بررسی نتایج نشان داد که بهترین فاصله بین الکترودها، 5 سانتی‌متر و بهترین زمان ماند، 20 دقیقه است که در این حالت، راندمان حذف TSS، COD، BOD، رنگ و کدورت به‌ترتیب 83، 85، 98، 98 و 93 درصد محاسبه شد. نتایج این پژوهش نشان می‌‌دهد که سیستم انعقاد الکتریکی پتانسیل زیادی در تصفیه فاضلاب رنگرزی دارد.

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.

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.

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. 

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.

اصلاح ویژگی های خاک از مسائل دارای اهمیت در علوم کشاورزی ‌و مهندسی است. به منظور بررسی تأثیر نانوذرات سیلیس بر ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی خاک، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل نانوذرات سیلیس در سه سطح (0، 0/5 و 1 درصد وزنی) و دو نوع خاک با بافت لوم و لوم رسی بودند. نتایج آزمایش مقاومت برشی نشان داد افزودن نانوذرات سیلیس، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی ذرات را در هر دو خاک لومی و لوم رسی افزایش داده؛ اما حد مایع و شاخص خمیری در هر دو خاک کاهش یافت. در آزمایش تحکیم نیز ضریب تراکم‌پذیری در خاک لوم از 0/38 به 0/21 و در خاک لوم رسی از 0/42 به 0/23 و ضریب تورم در خاک لوم از 0/13 به 0/07 و در خاک لوم رسی از 0/18 به 0/08 کاهش یافت. به‌طور کلی، نتایج بیانگر تأثیر معنی‌دار نانوذرات سیلیس بر اصلاح مقاومت مکانیکی خاک‌، به‌ویژه در خاک لوم رسی با مقدار رس و سطح ویژه بیشتر بود؛ بنابراین می¬توان گفت که استفاده از نانوذرات سیلیس یک روش مؤثر در تثبیت خاک‌های مسئله‌دار است.

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.

کارایی بهره مندی از بارندگی بیانگر میزان عملکرد محصول نسبت به مقدار بارندگی سالانه است. مدیریت بهتر کشتزارهای دیم نیازمند بررسی تغییرات مکانی کارایی بهره مندی از بارندگی و عوامل مؤثر بر آن است. در این پژوهش 298 کشتزار دیم گندم در منطقه خدابنده در جنوب استان زنجان مورد مطالعه قرار گرفتند. کارایی بهره‌مندی از بارندگی از نسبت عملکرد دانه گندم به مقدار بارندگی به دست آمد. علاوه بر این، ویژگی های اقلیمی و ویژگی‌های فیزیکی (توزیع اندازه ذرات و نگهداری آب) و شیمیایی خاک ها (واکنش، شوری، ماده آلی، کربنات کلسیم معادل و غلظت عناصر غذایی پرمصرف و کم مصرف) در کشتزارها مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که کارایی بهره مندی از بارندگی در کشتزارها به طور میانگین 4/43 کیلوگرم در هکتار در میلی متر باران است. مقدار این ویژگی عمدتاً در بخش های شمال شرق و جنوب و غرب منطقه بیشتر است؛ درحالی‌که این مناطق از عملکرد دانه گندم نسبتآ کمتری برخوردارند. تحلیل زمین آماری نشان داد که تغییرات مکانی متوسطی برای عملکرد دانه گندم و کارایی بهره مندی از بارندگی در منطقه وجود دارد که تحت تأثیر متغیرهای اقلیمی (بارندگی و دما) و متغیرهای زمینی مانند ویژگی های خاک (توزیع اندازه ذرات، ماده آلی و نیتروژن) است. کشتزارهای برخوردار از ذرات ریزدانه و از محتوای ماده آلی و نیتروژن بیشتر، توانایی بهره مندی بیشتری از آب باران دارند. برای افزایش کارایی بهره مندی از بارندگی در کشتزارهای دیم علاوه بر اصلاح جهت شخم (روی خطوط تراز)، استفاده از خاکورزی حفاظتی برای بهبود محتوای ماده آلی و در نتیجه باروری خاک ضروری است.

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.

بیوچار به‌عنوان یک ماده کربنی پایدار، اقتصادی و سازگار با محیط‌زیست به دلیل برخورداری از گروه‌های عاملی اکسیژن دار، ساختار آروماتیک، تخلخل قابل‌توجه، سطح ویژه زیاد و ظرفیت تبادل کاتیونی مناسب، به‌طور گسترده در توسعه جاذب‌های پیشرفته در تثبیت و حذف آلاینده‌های محیطی از آب و خاک مورد توجه قرار گرفته است. با وجود این، محدودیت‌های عملکردی بیوچار خالص در حذف آلاینده‌ها، ضرورت اصلاح و مهندسی آن را آشکار ساخته است. در این راستا، تولید کامپوزیت‌های بیوچار از طریق ترکیب با مواد معدنی و ترکیبات حاوی آهن به‌عنوان راهکاری مؤثر برای بهبود ویژگی‌های ساختاری، شیمیایی و واکنش‌پذیری سطحی مطرح شده است. در این مقاله مروری، روش‌های اصلی ساخت کامپوزیت‌های بیوچار شامل اصلاح پس از فرایند گرماکافت و نیز اختلاط مستقیم با فازهای معدنی بررسی و روش هم افزایی و بارگذاری مستقیم به عنوان روش های نوین معرفی شده‌اند. همچنین تأثیر نوع زیست‌توده، شرایط گرماکافت، نوع ماده اصلاح‌کننده و مسیر سنتز بر ویژگی‌های فیزیک و شیمیایی نهایی کامپوزیت‌ها تحلیل شده است. افزون بر این، سازوکارهای حاکم بر عملکرد این مواد در تثبیت و حذف فلزات سنگین، شامل جذب سطحی، رسوب، کمپلکس، تبادل لیگاند، واکنش‌های اکسایش کاهش، انتقال الکترون، برهم کنش های الکترواستاتیکی و تبادل یونی مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج مطالعات نشان می‌دهد که هم‌افزایی میان بیوچار و فازهای معدنی و آهن‌دار می‌تواند به‌طور چشمگیری کارایی تثبیت آلاینده ها از جمله فلزات سنگین آنیونی و کاتیونی را افزایش دهد. این بررسی بر اهمیت طراحی هدفمند کامپوزیت‌های بیوچار بر پایه شناخت دقیق رابطه میان روش ساخت و ویژگی‌های عملکردی تأکید دارد. همچنین چالش‌های آینده و چشم‌اندازهای مربوط به استفاده از کامپوزیت‌های بیوچار - مواد معدنی در پالایش محیطی و تجاری‌سازی این فناوری امیدوارکننده نیز مورد توجه قرار گرفته 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.
 

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.

نیکل یکی از فلزات ضروری برای موجودات زنده است که در گیاهان نقش زیستی دارد و انباشت آن در غلظت‌های زیاد سبب سمیت و بیماری می‌شود. این پژوهش با هدف ارزیابی نیکل با استفاده از شاخص زیستی برگ برهان (Albizia lebbeck)، کهور (Prosopis cineraria) و اوکالیپتوس (Eucalyptus globulus) شهر اهواز انجام شد. نمونه‌های برگ (126 نمونه) و نمونه‌های خاک (63 نمونه) از هفت ایستگاه در سطح شهر اهواز در فصل تابستان 1404  تهیه شدند. هضم شیمیایی نمونه‌های برگ و خاک به ترتیب به روش‌های جانسون و EPA3050 انجام شد. برای اندازه گیری فلز نیکل از روش جذب اتمی استفاده شد. غلظت نیکل در برگ‌های گونه اوکالیپتوس، برهان و کهور اختلاف معنی داری وجود داشت (p<0/05)؛ اما غلظت نیکل در نمونه های خاک اختلاف معنی داری نداشت (p<0/05). بیشترین و کمترین میانگین غلظت نیکل در برگ شسته‌نشده و برگ شسته‌شده درخت برهان به ترتیب 36/2 و 10/3 میلی گرم بر کیلوگرم به دست آمد. همچنین بیشترین و کمترین مقادیر نیکل در نمونه‌های خاک پای درختان 57/36 و 44/1 میلی گرم بر کیلوگرم بود. بیشترین میزان فاکتور انتقال فلز نیکل مربوط به برگ درخت برهان (0/446) و کمترین فاکتور انتقال فلز نیکل نیز در برگ درخت اوکالیپتوس (0/203) به دست آمد. مقادیر فاکتور انتقال فلز نیکل در برگ درختان برهان، کهور و اوکالیپتوس و رگرسیون خطی فلز نیکل در برگ شسته‌شده و برگ شسته‌نشده درختان مورد مطالعه نشان دهنده جذب این فلز از آلاینده های موجود در هوا بوده و به نظر می رسد احتمالا انباشت نیکل از خاک پای درختان به برگ بسیار کم است.

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. 

رودخانه هیرمند، منبع تأمین آب دشت سیستان و پایه استمرار خدمات اکوسیستمی، از جمله تأمین آب، تولید محصولات کشاورزی، فراهم‌سازی علوفه، حفاظت خاک و پشتیبانی از زیستگاه‌های حیات‌وحش است. بهره‌برداری از بند کمال‌خان و هدایت جریان رودخانه به گود‌زره، باعث کاهش آب ورودی و تشدید تخریب سرزمین در سیستان شده است. هدف این پژوهش، بررسی تغییرات کاربری و پوشش اراضی وابسته به آب هیرمند در دوره پیش‌وپس از بهره‌برداری بند می‌باشد. نقشه‌های کاربری و پوشش اراضی برای سال‌های 1398، 1399، 1403، 1404 و 1405 با استفاده از تصاویر لندست، طبقه‌بندی نظارت‌شده و الگوریتم جنگل تصادفی تهیه و صحت آنها با نمونه‌های میدانی ارزیابی شد. نتایج نشان داد درحالی‌که پس از بهره‌برداری بند، پهنه آبی هامون هیرمند به‌طور کامل خشک شده، سطح آب در محدوده بند کمال‌خان و گود‌زره از 3039 هکتار در سال 1398 به 62794 هکتار در سال 1405 رسیده است. در دشت سیستان، بیشترین سطح اراضی کشاورزی 69025 هکتار در سال 1399 بوده و در سال 1404 به 5776 هکتار کاهش یافته است. همچنین، مجموع اراضی شور در دشت سیستان و هامون از کمترین مقدار 110414 هکتار در سال 1399 به بیشترین مقدار 274708 هکتار در سال 1405 افزایش یافته. این تغییرات با کاهش مراتع، گسترش اراضی بایر، افزایش شوری خاک و تشدید آسیب‌پذیری خاک در برابر فرسایش بادی همراه بود. یافته‌ها نشان می‌دهد هدایت آب به گود‌زره، با کاهش سطح کشاورزی، مراتع و مقدار رطوبت خاک و از طرفی توسعه اراضی شور و بایر، خدمات اکوسیستمی رودخانه هیرمند را تضعیف کرده است.

 

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.