علوم آب و خاک

بخش آلی خاک با تأثیر‌گذاری بر ویژگی‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی نقش مهمی در افزایش تولید محصولات و چرخه عناصر غذایی مختلف در خاک دارد. مطالعه پیش ‌رو با هدف بررسی تأثیر باکتری‌های محرک رشد بر تنفس پایه، بهره‌ میکروبی، کربن آلی، کربن زیست‌توده میکروبی، کربن قابل اکسید با پرمنگنات، کربن محلول در آب سرد و گرم زیر کشت گندم رقم چمران در قالب طرح کاملاً تصادفی در شش تکرار صورت گرفت. تیمارهای آزمایش شامل چهار سطح باکتری (شاهد بدون مایه‌زنی، مایه‌زنی با انتروباکتر کلوآسه R₃₃، مایه‌زنی با انتروباکتر کلوآسه R₁ و مخلوط دو باکتری) بودند. طی دوره آزمایش ویژگی‌هایی مانند ارتفاع گیاه و شاخص کلروفیل اندازه‌گیری شد. در پایان دوره کشت، وزن خشک ریشه، اندام هوایی و عملکرد دانه محاسبه شد. همچنین ویژگی‌های بیولوژیکی و شکل‌های مختلف کربن در خاک پس از پایان کشت اندازه‌گیری شد. نتایج نشان‌دهنده تأثیر باکتری‌های محرک رشد بر افزایش شاخص کلروفیل، ارتفاع، وزن خشک ریشه و اندام هوایی و عملکرد دانه در مقایسه با شاهد بود. کمترین مقدار pH و بیشترین مقدار شکل‌های کربن در حضور سویه‌های مختلف باکتری نسبت به شاهد مشاهده شد. بیشترین مقدار کربن آلی خاک با مخلوط دو باکتری با مقدار 22/7 درصد افزایش نسبت به شاهد مشاهده شد. بیشترین مقدار کربن زیتوده میکروبی به‌ترتیب با مخلوط دو باکتری، انتروباکترکلوآسه R₁، انتروباکترکلوآسه R₃₃ با مقادیر 87/67، 42 و 26/5 درصد افزایش نسبت به شاهد مشاهده شد. همبستگی بین شکل‌های کربن خاک نشان داد کربن قابل‌ استخراج با آب سرد و گرم، کربن آلی محلول و کربن قابل اکسید با پرمنگنات همبستگی مثبت معنی‌داری با تنفس و کربن زی‌توده میکروبی و همبستگی منفی با مقدار pH خاک دارند. استفاده از مایه‌ تلقیح میکروبی موجب افزایش اجزای کربن در خاک شد که می‌تواند در بهبود ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک و عملکرد گیاه نقش مثبت داشته باشد.

استفاده بهینه از منابع آبی با توجه به شرایط اقلیمی کشور و خشکسالی‌های اخیر امری ضروری به‌نظر می‌رسد. یکی از راه‌کارهای مدیریتی مناسب، افزایش بهره‌وری آب در کشاورزی است. روش آبیاری و استفاده از سطوح مختلف کود نیتروژن از جمله عوامل تأثیرگذار در افزایش بهره‌وری آب هستند. لذا این پژوهش به‌منظور بررسی اثر روش آبیاری و کود نیتروژن بر شاخص برداشت و بهره‌وری آب دو رقم گندم، با 36 تیمار در قالب طرح آماری کاملاً تصادفی و به‌صورت کرت‌های دو بار خرد شده با سه تکرار در سال زراعی 98-97 در مزرعه پژوهشی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی شهرستان کاشمر اجرا شد. تیمارها شامل دو روش آبیاری سطحی نواری با انتهای بسته و قطره‌ای به‌عنوان کرت­های اصلی، سه سطح کود نیتروژن (از منبع اوره) شامل صفر، 50 و 100 کیلوگرم در هکتار به‌عنوان کرت‌های فرعی و دو رقم گندم پیشگام و سیروان به‌عنوان کرت‌های فرعی فرعی بودند. نتایج نشان داد که با تغییر روش آبیاری از نواری به قطره‌ای عملکرد دانه، شاخص برداشت و بهره‌وری آب به‌طور معنی‌داری افزایش یافت. نتایج همچنین نشان داد که عملکرد دانه و اجزای آن، شاخص برداشت و بهره‌وری آب در سطوح کودی 50 و 100 کیلوگرم در هکتار با هم تفاوت معنی‌داری نداشتند. از طرفی عملکرد دانه و اجزای آن، شاخص برداشت و بهره‌وری آب در رقم سیروان در مقایسه با رقم پیشگام به‌طور معنی‌داری بیشتر بودند (0/01 < P). با توجه به نتایج به‌دست آمده در این پژوهش می‌توان روش آبیاری قطره‌ای، سطح کودی 50 کیلوگرم در هکتار و رقم سیروان را برای منطقه خشک کاشمر پیشنهاد کرد. 

پیش‌بینی عمق آبشستگی موضعی به‌عنوان پدیده‌ای پویا و غیرخطی با استفاده از روش‌هایی با توانایی پیش‌بینی مناسب همواره مورد توجه پژوهشگران بوده‌اند. از عوامل مؤثر در اندازۀ حفرۀ آبشستگی، شکل هندسی پایه‌های پل است. در این پژوهش با استفاده از الگوریتم پشتیبان بردار ماشین و بر مبنای 395 دادۀ صحرایی سازمان زمین‌شناسی آمریکا و فروهلیچ (1988) در قالب دو سناریو، مقدار عمق آبشستگی سه پایۀ پل استوانه‌ای، نوک تیز و مستطیلی بر اساس ترکیب‌های مختلف پارامترهای بی‌بعد: زاویۀ حملۀ آب (α)، عدد فرود (Fr)، نسبت طول به عرض پایه (ِb / L) ( و نسبت قطر متوسط ذرات رسوبی به عرض پایه (ِb / 50 D) پیش‌بینی شدند. نتایج پژوهش ضمن تأیید عملکرد قابل قبول الگوریتم SVM برای همۀ پایه­ ها در هر دو سناریو نشان داد در سناریوی اول و دوم بهینه‌ترین عملکرد مربوط به پایۀ مستطیلی به‌ترتیب با ضریب همبستگی 0/8702 و 0/8838 و مقدار بیشینۀ Ds(DDR) با مقادیر 0/854 و 1/229 در فرایند تست الگوریتم بودند. همچنین تأثیر مثبت افزایش تعداد داده‌ها روی عملکرد الگوریتم SVM با افزایش شاخص‌های ارزیابی تأیید شد. مقایسۀ نتایج نشان داد الگوریتم SVM مقادیر آبشستگی را بیشتر از مقدار مشاهداتی با خطای مطلق بین 11 تا 35 درصد برآورد کرده است. 

استفاده مؤثر از آب باران نقش کلیدی در گسترش کشاورزی در مناطق خشک و نیمه‌خشک است. روش خاکورزی به‌عنوان یک اقدام مدیریتی مهم می¬تواند بر نگه¬داشت آب باران، رطوبت خاک و در نهایت عملکرد محصول در اراضی دیم اثر بگذارد. این مطالعه به‌منظور بررسی تأثیر درجه شیب دامنه و جهت خاکورزی بر کارآیی بهره¬مندی از آب گندم (RWUE) در کشتزارهای دیم گندم در زنجان انجام گرفت. آزمایش مزرعه¬ای در پنج دامنه با شیب متفاوت (12/6، 15/3، 17، 19/4 و 22 درصد) در دو جهت خاکورزی (خاکورزی موازی شیب و روی خطوط تراز) در دو تکرار به اجرا درآمد. رطوبت جرمی خاک در فواصل پنج روز طی دوره رشد و تولید رواناب پس از هر بارندگی اندازه‌گیری شد. عملکرد دانه گندم برای هر کرت تعیین و RWUE بر اساس نسبت عملکرد دانه و بارندگی محاسبه شد. بر اساس نتایج، تولید رواناب، رطوبت خاک، عملکرد دانه گندم و RWUE تحت تأثیر جهت خاکورزی قرار گرفت؛ به‌طوری که تولید رواناب در خاکورزی روی خطوط تراز 6/4 برابر کاهش یافت و مقدار رطوبت خاک، عملکرد دانه گندم و کارآیی بهره¬مندی از آب گندم RWUE به‌ترتیب 8/7، 24/8 و 24/8 درصد افزایش پیدا کرد. با افزایش درجه شیب به‌دلیل کاهش ظرفیت ذخیره آب، تولید رواناب در خاکورزی روی خطوط تراز نسبت به خاکورزی موازی شیب افزایش یافت و موجب شد رطوبت خاک، عملکرد دانه و RWUE کاهش یابد. این نتیجه نشانگر کاهش کارآیی روش خاکورزی روی خطوط تراز در حفظ آب و RWUE در شیب¬های تند است.

با توجه به محدودیت دسترسی به آب، ضرورت دارد مزیت‌ نسبی محصولات زراعی و باغی مناطق مختلف استان سمنان تعیین و محصولاتی که فاقد بهره‌وری مطلوب هستند، شناسایی و راهکارهای لازم برای بهبود بهره‌وری آب یا جایگزینی محصولات دارای مزیت نسبی بیشتر با محصولات کم‌بازده، اندیشیده شود. بر این اساس، شاخص بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی محصولات زراعی و باغی تحت سامانه‌های آبیاری سطحی مشخص گردید. بر اساس نتایج حاصل از بهره‌وری اقتصادی ناخالص آب محصولات باغی، پسته با 4869 تومان بر متر مکعب دارای بالاترین بهره‌وری اقتصادی بود و انگور با 3022 تومان بر متر مکعب (62 درصد پسته) در رتبه دوم قرار گرفت. نتایج حاکی از این است که کمترین میزان بهره‌وری اقتصادی ناخالص آب برای جو، یونجه و گندم به ترتیب برابر با 379، 399 و 457 تومان بر متر مکعب بدست آمده است. بررسی وضعیت ذرت علوفه‌ای نشان می‎دهد که سود خالص حاصل از کشت این محصول در سامانه آبیاری سطحی برابر 51/78 میلیون ریال در هکتار و سود خالص آن که در سامانه آبیاری قطره‌ای نواری (تیپ) برابر 110/87 میلیون ریال است که افزایش 2/14 برابری نسبت به روش آبیاری سطحی (مرسوم) دارد. مزیت نسبی محصولات باغی بالاتر از محصولات زراعی بود و جایگزینی و توسعه باغات به جای برخی زراعت‏ها به عنوان یک راهکار توصیه می‌شود. علاوه بر این، راهکارهایی که می‌توان برای بهبود شاخص بهره‌وری توصیه کرد شامل کاربرد سامانه آبیاری قطره‌ای نواری (تیپ) برای محصولات زراعی (ذرت علوفه‌ای، گوجه فرنگی، صیفی‌جات و سیب‌زمینی) و کاربرد آبیاری قطره‌ای (قطره‌ای معمولی، زیرسطحی و زیرسطحی اصلاح شده مطبق) برای محصولات باغی است. بررسی تجارب عملی کاربرد سامانه آبیاری تیپ برای گندم و جو نشان داد که این روش شاخص بهره‌وری فیزیکی و اقتصادی را بهبود نبخشیده است که حاکی از عدم مزیت نسبی کشت گندم و جو در استان سمنان حتی با سامانه آبیاری تیپ است.

استفاده از تابع‌های انتقالی برای پیش‌بینی پارامترهای رطوبتی خاک به‌عنوان روش‌های علمی و در عین حال اقتصادی مورد تأکید و پژوهش پژوهشگران است. در این پژوهش، ظرفیت زراعی (FC) و نقطه پژمردگی دائم (PWP) خاک با استفاده از سه تابع انتقالی رگرسیونی (خطی و غیرخطی)، مدل ماشین بردار پشتیبان (SVM) و مدل برنامه‌ریزی بیان ژن (GEP) براساس سه شاخص ارزیابی عملکرد ضریب تعیین (R2)، مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و نسبت اختلاف توسعه یافته (DDR) در دشت ارسباران در شمال غرب ایران شبیه‌سازی شده است. پارامترهای مستقل شامل درصد رس (Cl)، درصد سیلت (Si)، درصد شن (Sa)، درصد مواد آلی (OC)، چگالی ظاهری (ρb) و چگالی حقیقی (ρs) خاک بودند که با استفاده از آزمون گاما، متغیرهای درصد Si، ρb و ρs برای پیش‌بینی پارامتر FC و متغیرهای ρb و ρs برای پیش‌بینی پارامتر PWP انتخاب شدند. نتیجه پژوهش نشان داد هر سه تابع انتقالی قادر به پیش‌بینی FC و PWP هستند اما مدل SVM دارای بهترین عملکرد در میان این سه گروه تابع انتقالی است به‌طوری که مقدار شاخص‌های (R2، RMSE، DDRmax) در فرایندهای آموزش و آزمون برای پارامتر FC به‌ترتیب (0/9908، 0/5517، 17/50) و (0/9785، 0/7004، 11/62) و برای پارامتر PWP به‌ترتیب (0/9872، 0/5764، 2/85) و (0/8389، 1/187، 3/09) به‌دست آمدند.

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.

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.

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.