علوم آب و خاک

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.

یکی از چالش‌های اساسی در طراحی سرریزهای جانبی، افزایش راندمان تخلیه سرریز است که به‌صورت نسبت بدون بعد دبی عبوری از سرریز به دبی جریان ورودی تعریف می‌شود. این پژوهش با هدف بررسی تأثیر صفحات جانبی هدایت‌کننده بر عملکرد هیدرولیکی سرریز جانبی همگرا انجام شد. برای این منظور، از نرم‌افزار FLOW-3D به منظور شبیه‌سازی جریان در حضور صفحات با زوایا، طول‌های نسبی (نسبت طول صفحه به عرض کانال بالادست) و موقعیت‌های مختلف نصب استفاده شد تا شرایط بهینه نصب صفحه از نظر هیدرولیکی شناسایی شود. پس از اعتبارسنجی مدل با داده‌های آزمایشگاهی، ۲۸ سناریو ارزیابی شد. نتایج نشان داد که نصب صفحات جانبی می‌تواند در شرایط مناسب، راندمان تخلیه را به طور قابل توجهی افزایش دهد. در این میان، ترکیب زاویه ۶۰ درجه (دافع) و طول نسبی 0/2، در موقعیت ابتدایی سرریز (X₁)، بهترین عملکرد را ارائه داد و راندمان را از مقدار پایه 62% در حالت شاهد (بدون صفحه جانبی) به 82% ارتقا داد. بررسی الگوی سرعت جریان نیز نشان داد که شکل‌گیری ناحیه کم‌سرعت در پایین‌دست صفحه، نقش کلیدی در هدایت مؤثر جریان به سمت سرریز ایفا می‌کند. به طور کلی، استفاده از صفحات جانبی می‌تواند به‌عنوان راهکاری ساده، کم‌هزینه و مؤثر برای بهبود عملکرد سرریزهای جانبی همگرا استفاده شود.

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.

خاک به‌عنوان یکی از منابع حیاتی طبیعی، نقشی اساسی در پایداری اکوسیستم‌ها و امنیت غذایی جهانی دارد. اما تخریب ناشی از مدیریت ناپایدار، کشاورزی فشرده و آلودگی ظرفیت آن را تهدید می‌کند. استفاده از اصلاح‌کننده‌های آلی مانند هیدروچار رویکردی نوین برای بهبود خواص فیزیکوشیمیایی خاک و ارتقای شاخص کیفیت خاک (SQI) است. این پژوهش با هدف بررسی اثر سطوح مختلف هیدروچار بر ویژگی‌های خاک و ارزیابی SQI انجام شد. تیمارها شامل شاهد و سه سطح هیدروچار (H10، H20 و H50) بودند. ویژگی‌های pH، تخلخل، چگالی ظاهری، هدایت الکتریکی، کربن آلی، نیتروژن کل و فسفر قابل‌استفاده اندازه‌گیری و پس از نرمال‌سازی با روش‌های آنتروپی و تحلیل مؤلفه‌های اصلی وزن‌دهی شدند. نتایج نشان داد نیتروژن و کربن آلی بیشترین اهمیت را در کیفیت خاک دارند. تیمار H50 بالاترین SQI (0/815) را به‌طور معنی‌دار نسبت به سایر تیمارها داشت؛ درحالی‌که H20 (0/546) و H10 (0/336) نیز نسبت به شاهد (0/159) اثر مثبت داشتند. بهبود کربن آلی، نیتروژن و فسفر و کاهش چگالی ظاهری از مهم‌ترین اثرهای هیدروچار بود؛ هرچند افزایش هدایت الکتریکی در H50 دیده شد. در مجموع، کاربرد هیدروچار اثر مثبت و تدریجی بر SQI دارد و سطح H20 می‌تواند به‌عنوان گزینه بهینه برای ارتقای حاصلخیزی و کاهش خطر شوری پیشنهاد شود.

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.
 

فرسایش خندقی، یکی از مهم‌ترین انواع فرسایش آبی است. از آنجایی که میزان هدررفت خاک ناشی از این فرسایش، ارتباط مستقیمی با عوامل محیطی دارد؛ بنابراین می توان بر اساس شرایط محیطی، میزان هدررفت خاک ناشی از هر خندق را مدل سازی کرد. با توجه به اینکه مدل های یادگیری ماشین، مبتنی بر هوش مصنوعی، قابلیت زیادی در تجزیه‌وتحلیل اطلاعات محیطی دارند، در این پژوهش علاوه بر تعیین هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی، اقدام به مدل سازی با استفاده از دو مدل جنگل تصادفی و شبکه عصبی مصنوعی و ارزیابی کارایی آنها در حوزه آبخیز ماهورمیلاتی واقع در جنوب غرب استان فارس شده است. به این منظور، اندازه گیری پارامترهای ابعادی 70 خندق، طی چهار سال (1402-1399) انجام و حجم و وزن خاک از دست رفته محاسبه شد. 15 عامل محیطی، به عنوان متغیرهای پیش بینی کننده انتخاب و مدل سازی با رویکرد اعتبارسنجی متقاطع، توسط این دو مدل انجام شد و دقت مدل ها با استفاده از معیارهای کمی بررسی شد. میزان هدررفت خاک خندق ها در دوره مورد مطالعه 15300/94 تن بود. ارزیابی دقت مدل‌ها نشان داد مدل جنگل تصادفی بر اساس معیار ارزیابی ضریب تبیین (0/73-0/66=R2) از عملکرد بهتری برخوردار است. همچنین این مدل از نظر معیار ارزیابی شاخص خطای RSR، دارای کمترین مقدار بوده (1/03-0/66=RSR) و بیشترین دقت را به خود اختصاص داده است. از نظر شاخص ارزیابی تطابق (D)، نیز مدل جنگل تصادفی دارای بیشترین تطابق، میان داده‌های مشاهداتی و پیش‌بینی بوده و بیشترین مقدار این شاخص (0/83=D) را به خود اختصاص داد و بنابراین به عنوان مدل برتر برای پیش‌بینی هدررفت خاک ناشی از فرسایش خندقی در این حوزه آبخیز معرفی شد. 

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.

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. 

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.
 

رشد سریع شهرنشینی و گسترش سطوح نفوذناپذیر در مناطق شهری، سبب افزایش حجم رواناب‌های سطحی، کاهش نفوذ آب به سفره‌های زیرزمینی و درنتیجه بروز مشکلاتی همچون سیلاب‌های ناگهانی و آب‌گرفتگی معابر شده است. در سال‌های اخیر، به‌کارگیری سیستم‌های نفوذ زیستی به‌ عنوان یکی از مؤثرترین رویکردهای مبتنی بر توسعه کم‌تأثیر (LID) برای مدیریت پایدار رواناب شهری مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش، عملکرد شش نوع از حوضچه های نفوذ زیستی به منظور کاهش حجم رواناب و بهبود مدیریت آب‌های سطحی در ناحیه شرقی شهر قزوین مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور، از داده‌های بارش ۴۰ساله (۱۳۶۲ تا ۱۴۰۲) استفاده شد و روابط شدت – مدت - دوره بازگشت (IDF) استخراج شد. سپس با بهره‌گیری از الحاقیه Hec-GeoHMS، زیرحوضه‌های منطقه مورد مطالعه تعیین شد. برای برآورد دبی رواناب و ضریب رواناب مؤثر، از مدل SWMM استفاده گردید که میانگین ضریب رواناب منطقه ۰٫79 محاسبه شد. در ادامه، برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های نفوذ زیستی، مدل عددی MIDS به کار گرفته شد و شش سناریو شامل حوضچه نفوذ زیستی با و بدون زهکش، جعبه درختی با و بدون زهکش، ترانشه نفوذی و پیاده‌رو نفوذپذیر، تحت شرایط بارش با دوره بازگشت ۴۰ساله شبیه‌سازی شدند. نتایج مدل‌سازی نشان داد که پیاده‌رو نفوذپذیر بیشترین کارایی را در کاهش حجم رواناب داشته و توانست بیش از ۷۲۸٬۰۰۰ مترمکعب رواناب را نفوذ دهد؛ درحالی‌که حوضچه‌ نفوذ زیستی با زهکش کمترین میزان اثربخشی را داشت. به‌طورکلی، یافته‌های این پژوهش بیانگر آن است که طراحی اصولی، انتخاب موقعیت مناسب، توجه به ویژگی‌های خاک و شرایط هیدرولوژیک منطقه از عوامل تعیین‌کننده در افزایش کارایی سامانه‌های نفوذ زیستی و تحقق مدیریت پایدار رواناب شهری محسوب می‌شوند.

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.

تخمین مناسب پارامترهای نفوذ آب در خاک و ضریب زبری مانینگ یکی از عوامل تأثیرگذار در طراحی و ارزیابی صحیح سامانه‌های آبیاری سطحی است. مدل EDOSIM یک مدل شبیه‌سازی - بهینه‌سازی آبیاری سطحی است که از تلفیق شبیه‌سازی با مدل بیلان حجمی و بهینه‌سازی فراابتکاری استفاده می‌کند. در بخش ارزیابی این مدل، از روش دونقطه‌ای الیوت - واکر برای تخمین پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف - لوئیس استفاده شده است. در این پژوهش ابتدا واسنجی ضریب مانینگ و پارامترهای معادله نفوذ کوستیاکف - لوئیس در ارزیابی آبیاری جویچه‌ای و نواری با استفاده از داده‌های پیشروی مشاهداتی صورت گرفت. این مهم از طریق سه مدل بیلان حجمی با ضرایب شکل ثابت (VB-CC)، ترکیب مدل بیلان حجمی و مدل اینرسی صفر (VB-ZI) و مدل بیلان حجمی با ضرایب شکل متغیر (VB-VC) با بهره‌گیری از مجموعاً 10 سری داده ارزیابی آبیاری نواری و جویچه‌ای انجام شد. سپس قابلیت واسنجی پارامترهای نفوذ و ضریب زبری به روش برتر به مدل EDOSIM افزوده شد. نتایج نشان داد روش VB-CC با توجه به متوسط شاخص‌های آماری 0/998R2=، 4%/2NRMSE= و 0/60- MBE= در 10 مزرعه، بهترین صحت و دقت واسنجی را دارا بود. روش‌های VB-ZI و VB-VC حتی با مقادیر واسنجی‌شده نیز طول پیشروی را کم‌برآورد کردند. قرار گرفتن واسنجی به روش VB-CC به جای روش دونقطه‌ای الیوت واکر در مدل EDOSIM، با کمتر (بهتر) کردن تابع هدف از میانگین 0/34 به 0/13 در آبیاری نواری و از میانگین 0/86 به 0/36 در آبیاری جویچه‌ای، دقت شبیه‌سازی و بهینه‌سازی را افزایش داد؛ ازاین‌رو استفاده از واسنجی به روش VB-CC در مدل EDOSIM می‌تواند به‌عنوان ابزاری کارآمد برای بهره‌برداری بهینه سامانه‌های آبیاری سطحی استفاده شود.

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.