علوم آب و خاک

رطوبت خاک یکی از عوامل مهم و تعیین‌کننده برای رشد گیاه، میزان تبخیر و تعرق و همچنین مدیریت آبی در مزرعه است. به همین منظور سنجش آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سطح زمین دارای تنوع زیادی در رطوبت خاک بوده و سنجش و اندازه‌گیری آن به شیوه‌های مختلف انجام می‌گیرد. به‌دلیل مشکلاتی که روش‌های تماسی اندازه‌گیری رطوبت خاک دارد، امروزه سنجش‌ازدور به دلیل اینکه که امکان تحلیل و پایش رطوبت خاک را در مقیاس‌های بزرگ و جهانی فراهم می‌کند، مورد توجه واقع شده ‌است. در این پژوهش از داده‌های ماهواره‌ای و رطوبت‌های اندازه‌گیری‌شده در مزارع انتخابی واقع در دشت هرمزآباد استفاده و این داده‌ها تحلیل و مقایسه شده‌اند. داده‌های ماهواره سنتینل-2 با سامانه گوگل ارث انجین تحلیل شده‌اند. نتایج این پژوهش نشان داد که اگر چه استفاده از شاخص‌های سه‌گانه به‌منظور کاربرد در مدل OPTRAM برای برآورد رطوبت دقت زیادی ندارند، ولی بااین‌وجود استفاده از شاخص گیاهی EVI نتایج بهتری نسبت به دو شاخص دیگر ارائه کرده‌است.

امروزه بسیاری از کشورهای دنیا از جمله ایران با مخاطرات طبیعی مانند فرونشست، خشکسالی، سیل و کم آبی مواجه هستند. بسیاری از این مخاطرات به‌دلیل عدم مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی است. یکی از راهکارهایی که در سطح دنیا برای مقابله با این مخاطرات به‌ویژه فرونشست زمین مطرح شده است، تغذیه مصنوعی آبخوان ها است. بدین منظور در این مقاله، اثرات کمی و کیفی پساب تصفیه‌خانه داران به‌منظور تغذیه آبخوان دشت دامنه داران مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که تغذیه از طریق پخش پساب در رودخانه دامنه ‎داران، تأثیر مثبتی داشته و بدون درنظرگرفتن کیفیت پساب تغذیه شده، پخش از طریق رهاسازی در رودخانه موجب افزایش سطح ایستابی آبخوان در شعاع بیشتری خواهد شد. بر اساس نتایج پیشنهاد می‌شود که تمامی پساب تصفیه‌خانه در شرایط فعلی و آتی به تعادل‌بخشی آبخوان اختصاص یافته و در بخش جایگزینی پساب با چاه‌های فعال، به‌دلیل عدم وجود چاه با کاربری صنعت و فضای سبز در منطقه، تمامی پساب جایگزین چاه‌های فعال در بخش کشاورزی با شرط انجام تصفیه تکمیلی شود.

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.

هدف این مطالعه، بررسی قابلیت شبیه‌سازی هیدرولوژیک محدوده ازنا - الیگودرز است که در بالادست حوضه کارون بزرگ و شرق استان لرستان واقع است. برای انجام این پژوهش از اطلاعات روزانه هواشناسی مربوط به ایستگاه سینوپتیک الیگودرز و بارش ایستگاه‌های باران‌سنج کمندان و دره تخت در بازه ۲۰۲۳-۱۹۹۱، دبی مشاهداتی مربوط به ایستگاه هیدرومتری ماربره در بازه ۱۹۹۱-۲۰۲۱ و نقشه خاک، کاربری اراضی و ارتفاعی حوضه ازنا - الیگودرز استفاده شد. دوره ۱۹۹۱ و ۱۹۹۲ به‌منظور وارم‌آپ مدل، واسنجی از سال ۱۹۹۳ تا ۲۰۱۶ و دوره صحت‌سنجی از ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱ در نظر گرفته شد. بر اساس شبیه‌سازی انجام‌شده در این منطقه، مدل دارای ضعف در شبیه‌سازی بود. بعد از شبیه‌سازی اولیه اقدام به واسنجی مدل شد. پس از تحلیل حساسیت پارامترهای مختلف، ۲۲ پارامتر مؤثر انتخاب و مدل واسنجی شد. نتایج ارزیابی نشان داد برای مراحل واسنجی و صحت سنجی، مقدار NSE به‌ترتیب برابر 0/60 و 0/56 و مقدار ضریب R2 به‌ترتیب برابر 0/61 و 0/78 به‌دست آمد. بر اساس ضرایب به‌دست‌آمده در هر دو مرحله واسنجی و صحت‌سنجی مشخص شد که مدل به‌طور کلی دارای دقت رضایت‌بخش در شبیه‌سازی هیدرولوژیک محدوده ازنا - الیگودرز بود.

خشکسالی یکی از مهم‌ترین بلاهای طبیعی است که آثار ناشی از آن در بخش‌های کشاورزی، اجتماعی، اقتصادی و منابع آب پدیدار می‌شود. برای پایش خشکسالی و آثار آن شاخص‌های مختلفی استفاده می‌شود. هدف از این مطالعه، پایش خشکسالی حوضه زاینده‌رود با شاخص‌های بارش استانداردشده (SPI)، شاخص استانداردشده بارش-تبخیرتعرق پتانسیل (SPEI)، شاخص تقاضای تبخیری (EDDI)، شاخص پالمر (PDSI) و شاخص خشکسالی شناسایی مجموع  (RDI) که همگی مبتنی بر تبخیر-تعرق پتانسیل بوده و پارامترهای بارش، دما، رطوبت نسبی، سرعت باد و تعداد ساعات آفتابی در محاسبه شاخص‌های یادشده دخیل هستند. پنج شاخص یادشده، در طول دوره‌ آماری 2023-1993 و در ایستگاه‌‌های هواشناسی اصفهان، شرق اصفهان، ‌کبوترآباد، داران، شهرضا، نجف‌آباد و مبارکه محاسبه و ارزیابی شد. بعد از محاسبه شاخص‌های یادشده و با استفاده از نقشه پهنه‌بندی اقلیمی، ایستگاه‌های مورد مطالعه از لحاظ این شاخص‌ها مقایسه شدند و تداوم دوره‌های خشک و تر و شدت وقوع ترسالی‌ها و خشکسالی‌ها بررسی شدند و سپس با مدل رویکرد تاپسیس (TOPSIS) بر اساس مقدار بارش، تبخیر-تعرق پتانسیل و ارتفاع ایستگاه وقوع شدت خشکسالی‌ها در سال‌های مختلف در ایستگاه‌های یادشده رتبه‌بندی شد. نتایج نشان داد که در ایستگاه‌هایی که اقلیم خشک (مانند اصفهان، شرق اصفهان و شهرضا) دارند، وقوع خشکسالی‌ (با توجه به رتبه بیشتر) در سال‌های متوالی بوده ‌‌است. نتایج مقایسه عملکرد شاخص‌ها در ایستگاه‌های یادشده با توجه به نقشه پهنه‌بندی، نشان داد که شدت وقوع خشکسالی‌ها و ترسالی‌ها در مناطقی که اقلیم خشک و نیمه‌خشک دارند، چندان چشمگیر نبوده؛ اما در مناطقی با اقلیم مرطوب، نوسانات شدت وقوع خشکسالی و ترسالی بسیار زیاد است. نتایج حاکی از آن است که دو شاخص  PDSI و EDDI برای ارزیابی خشکسالی در اقلیم خشک مناسب هستند.

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.

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.

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.

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.

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.
 

فرسایش پاشمانی، مرحله آغازین فرسایش خاک توسط آب است که می‌تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر ویژگی‌های خاک قرار گیرد. شدت این نوع فرسایش خاک در کشتزارهای دیم مناطق نیمه‌خشک به دلیل پوشش گیاهی پراکنده، به‌ویژه در مراحل اولیه رشد گیاه بالا است. این مطالعه با هدف بررسی نقش ویژگی‌های خاک در فرسایش پاشمانی در کشتزارهای منطقه نیمه‌خشک انجام شد. نمونه‌هافرسایش پاشمانی، مرحله آغازین فرسایش خاک توسط آب است که می‌تواند به طور قابل توجهی تحت تأثیر ویژگی‌های خاک قرار گیرد. شدت این نوع فرسایش خاک در کشتزارهای دیم مناطق نیمه‌خشک به دلیل پوشش گیاهی پراکنده، به‌ویژه در مراحل اولیه رشد گیاه زیاد است. این مطالعه با هدف بررسی نقش ویژگی‌های خاک در فرسایش پاشمانی در کشتزارهای منطقه نیمه‌خشک انجام شد. نمونه‌های خاکدانه‌ها با قطر 6 تا 8 میلی‌متر از سطح خاک (عمق 30-0 سانتی‌متر) از 30 کشتزار دیم با سه تکرار برداشت شدند. خاکدانه‌ها در کاسه های پاشمانی ریخته شده و به مدت 30 دقیقه در معرض بارندگی شبیه‌سازی‌شده با شدت 60 میلی‌متر در ساعت قرار گرفتند. ویژگی‌های مختلف خاک در 90 نمونه خاک تعیین شدند. بر اساس نتایج، بیشترین شدت فرسایش پاشمانی در خاک‌های با بافت لوم‌رسی (g.m⁻².s⁻¹ 0021/ 0) و کمترین مقدار آن در خاک‌های با بافت شن‌لومی (g.m⁻².s⁻¹ 0/0008) دیده شد. فرسایش پاشمانی به طور معنی‌داری تحت تأثیر توزیع اندازه ذرات قرار گرفت؛ به‌طوری که همبستگی‌های مثبتی با سیلت (0/43=r)، رس (0/44=r) و رس قابل پراکنش (0/47=r) یافت شد؛ درحالی‌که همبستگی‌های منفی با شن (0/46- =r) و سنگ‌ریزه (0/53- =r) داشت. علاوه بر این، فرسایش پاشمانی به طور قابل توجهی تحت تأثیر ماده آلی (0/23- =r)، کربنات کلسیم (0/22- =r)، چگالی ظاهری (0/60- =r)، پایداری خاکدانه (0/44- =r) و هدایت هیدرولیکی (0/44- =r) قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که کشتزارهای دیم دارای خاک با بافت خاک‌ریز و مقدار اندک ماده آلی و آهک، حساسیت بیشتری به فرسایش پاشمانی در مناطق نیمه‌خشک دارند.ی خاکدانه‌ها با قطر 6 تا 8 میلی‌متر از سطح خاک (عمق 0-30 سانتی‌متر) از 30 کشتزار دیم با سه تکرار برداشت شدند. خاکدانه‌ها در کاسه­های پاشمانی ریخته شده و به مدت 30 دقیقه در معرض بارندگی شبیه‌سازی‌شده با شدت 60 میلی‌متر در ساعت قرار گرفتند. ویژگی‌های مختلف خاک در 90 نمونه خاک تعیین شدند. براساس نتایج، بالاترین شدت فرسایش پاشمانی در خاک‌های با بافت لوم‌رسی (g.m⁻².s⁻¹0/0021) و کمترین مقدار آن در خاک‌های با بافت شن‌لومی (g.m⁻².s⁻¹ 0/0008) مشاهده شد. فرسایش پاشمانی به طور معنی‌داری تحت تأثیر توزیع اندازه ذرات قرار گرفت؛ به طوری که همبستگی‌های مثبتی با سیلت (0/43=r)، رس (0/44=r) و رس قابل پراکنش (0/47=r) یافت شد، در حالی که همبستگی‌های منفی با شن (0/46- =r) و سنگریزه (0/53- =r) داشت. علاوه بر این، فرسایش پاشمانی به طور قابل توجهی تحت تأثیر ماده آلی (0/23- =r)، کربنات کلسیم (022- =r)، چگالی ظاهری (0/60- =r)، پایداری خاکدانه (0/44- =r) و هدایت هیدرولیکی (0/44- =r) قرار گرفت. این مطالعه نشان داد که کشتزارهای دیم دارای خاک با بافت خاک‌ریز و مقدار اندک ماده آلی و آهک، حساسیت بیشتری به فرسایش پاشمانی در مناطق نیمه‌خشک دارند.