علوم آب و خاک

---

در چند دهه اخیر، مصرف کودهای نیتروژن‌دار بدون توجه به آثار آنها بر ویژگی‌های خاک‌ها، محصولات کشاورزی و آلودگی محیط زیست، به طرز چشم‌گیری افزایش یافته است. هدف از انجام این پژوهش بررسی غلظت نیترات و توزیع و تغییرهای آن در آب‌های زیرزمینی مناطق کشاورزی، صنعتی و شهری بخشی از استان اصفهان می‌باشد. به منظور انجام این پژوهش، 75 حلقه چاه در مراکز مهم کشاورزی، صنعتی و شهری اصفهان، نجف‌آباد، شهرضا، نطنز و کاشان انتخاب و نمونه‌برداری از آب به مدت 5 ماه (دی 1379 تا اردیبهشت 1380) و با فواصل زمانی یک ماه انجام شد. نتایج به‌دست آمده نشان داد که غلظت نیتروژن نیتراتی در آب‌های زیرزمینی اکثر مناطق مورد بررسی در مقایسه با حد استاندارد (10 میلی‌گرم در لیتر) قابل توجه بوده و آلودگی نیتراتی باید در شمار جدی‌ترین مسایل کشاورزی پایدار و بهره‌برداری از منابع آب زیرزمینی این مناطق قرار گیرد. میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی در آب‌ چاه‌های مختلف از 03/1 تا 78/50 میلی‌گرم در لیتر(معادل 64/4 تا 5/228 میلی‌گرم در لیتر نیترات) متغیر بود. میانگین غلظت نیتروژن نیتراتی در آب‌های زیرزمینی مناطق نجف‌آباد،‌شهرضا، اصفهان و نطنز و کاشان به ترتیب 56/17، 6/14، 04/16 و 24/8 میلی‌گرم در لیتر بود و 5/95، 100، 84 و3/33 درصد از کل چاه‌های این مناطق دارای غلظت نیترات بیشتر از حد استاندارد بودند. البته فراوانی غلظت نیترات درمناطق مختلف، متفاوت بود. بیشترین غلظت نیتروژن نیتراتی در آب‌های زیرزمینی منطقه کشاورزی جنوب شهر نجف‌آباد (6/64 میلی‌گرم در لیتر) مشاهده شد. بیشترین آلودگی نیترات در اکثر نواحی مربوط به مناطق کشاورزی بود و مناطق صنعتی و شهری در رتبه‌های بعدی قرار داشتند. میانگین غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی تمام مناطق مورد مطالعه شهری، صنعتی و کشاورزی استان، به‌جز مناطق شهری نطنز و کاشان، بیشتر از حد استاندارد بود. غلظت نیترات در آب‌های زیرزمینی اکثر مناطق مورد بررسی روند افزایشی نسبت به زمان داشته و بیشترین غلظت نیترات مربوط به اسفندماه 1379 و فروردین‌ماه 1380 بوده است.

---

سرریزهای چند وجهی به دلیل تغییرات جزئی بار استاتیکی روی تاج در شرایط نوسانات زیاد شدت جریان، در مقایسه با انواع دیگر سرریز، سازه‌هایی اقتصادی برای کنترل سطح آب در شبکه‌های آبیاری محسوب می‌شوند. این سرریزها از وجوه متصل به هم تشکیل شده که در پلان ممکن است به شکل ذوزنقه، مثلث و یا شکل‌های دیگر با تکرار چند سیکل دیده شوند. در این تحقیق، سرریزهای چند وجهی که در پلان به شکل مستطیل و‌ U می‌باشند، مورد بررسی قرار گرفته‌اند. آزمایش‌ها روی 15 مدل آزمایشگاهی سرریز انجام گرفته است. مدل‌ها شامل 8 سرریز چند وجهی مستطیلی، 6 سرریز چند وجهی ‌U شکل با طول و ارتفاع‌های متفاوت و یک مدل سرریز خطی می‌باشند. این مدل‌ها در یک فلوم به طول 7، عرض 32/0 و ارتفاع 35/0 متر آزمایش گردیدند. نتایج آزمایش‌های این پژوهش نشان داد که در مورد کلیه سرریزهای چند وجهی، ضریب دبی نسبت به H_t)  H_t/p: بار هیدرولیکی کل و P: ارتفاع سرریز) ابتدا افزایش یافته و پس از رسیدن به یک ماکزیمم، شروع به کاهش می‌نماید. با افزایش ارتفاع سرریز، مقدار ضریب دبی در یک H_t/P مشخص افزایش می‌یابد. نتایج هم‌چنین نشان می‌دهد که افزایش طول موازی با جهت جریان در سرریزهای چند وجهی باعث کاهش ضریب دبی و افزایش طول عمود بر جهت جریان باعث افزایش آن می‌شود. هم‌چنین، ضریب دبی در سرریزهای چند وجهیU شکل بیشتر از سرریزهای مستطیلی می‌باشد. مقایسه نتایج به دست آمده با نتایج تولیس و همکاران (1995) برای سرریزهای ذوزنقه‌ای نشان می‌دهد که ضریب دبی در سرریز ‌U شکل بیشتر از سرریزهای ذوزنقه‌ای با زاویه α برابر 8 و 12 درجه بوده و هم‌چنین ضریب دبی در سرریزهای مستطیلی کمتر از ضریب دبی در سرریزهای اخیر است.

---

کشت دوم در اراضی شالیزاری استان گیلان یکی از راهکارهای استفاده بهینه از زمین، تقویت اقتصاد خانوارهای کشاورز و تأمین دانه‌های روغنی است. اما به دلیل بارندگی زیاد و حالت غرقابی شالیزارها در نیمه دوم سال و حساسیت اکثر گیاهان به غرقاب بودن زمین، این مهم به اندازه کافی تحقق نیافته است. برای کشت دوم در شالیزارها، انجام زهکشی غیر قابل اجتناب است. به دلیل چسبندگی خاک‌های شالیزاری، رطوبت زیاد و یکساله بودن تغییرات ایجاد شده در سطح زمین، زهکشی سطحی باید با شرایط شالیزارها تطبیق داده شود به طوری که با کمترین هزینه و زمان ممکن قابل انجام باشد. به این منظور، در مزرعه تحقیقاتی مؤسسه تحقیقات برنج کشور در رشت، زهکش‌های طولی با فاصله 2، 4، 6، 8 و 10 متر و عمق 20سانتی‌متر به عنوان تیمار اصلی، در دو حالت با زهکش‌های عرضی به فاصله یک متر و عمق 10 سانتی‌متر و بدون زهکشی عرضی، به عنوان تیمار فرعی، به صورت کرت‌های خرد شده و بر مبنای طرح بلوک‌های کامل تصادفی در سه تکرار آزمایش شدند. گیاه کلزا، رقم PF، به صورت دست‌پاش، به عنوان کشت دوم پس از برنج در سال 1379 کاشته شد. عملکرد و اجزای عملکرد کلزا در این تیمارها مورد مقایسه آماری قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اثر فاصله زهکش‌ها بر عملکرد دانه، دوره رسیدن و تعداد بوته در متر مربع و هم‌چنین اثر زهکشی عرضی بر عملکرد دانه، ارتفاع بوته، نیتروژن باقی‌مانده در خاک، دوره رسیدن و تعداد بوته در متر مربع در سطح 1% معنی‌دار است. بیشترین عملکرد (2493 کیلوگرم در هکتار) مربوط به تیمار زهکش طولی با فاصله 4 متر و دارای زهکش عرضی بود، گرچه تیمارهای 6 و 2 متری ( با زهکش عرضی) نیز عملکرد 2241 و 1817 کیلوگرم در هکتار داشتند. در تیمارهای بدون زهکشی عرضی، تیمار زهکش 2 متر دارای بیشترین عملکرد (1324 کیلوگرم در هکتار) بود. با محاسبه هزینه زهکشی و سایر هزینه‌ها، تیمارهای 4 و 6 متری زهکش‌ها با جویچه‌های عرضی می‌توانند حدود دو برابر هزینه انجام شده را بازگشت دهند. به دلیل بارندگی زیاد ماه‌های آبان، آذر و دی 1379 می‌توان نتیجه گرفت که نتایج این طرح در سال‌های با بارندگی کمتر از سال 1379 نیز قابل استفاده است.

---

مشکلات مربوط به آلودگی خاک و منابع آب زیرزمینی به وسیله فلزات سنگین در دهه اخیر افزایش یافته است. یکی از مسایلی که اخیراً جلب توجه کرده است، امکان آبشویی فلزات سنگین از طریق مسیرهای جریان ترجیحی و اسیدهای آلی محلول در خاک می باشد. به همین دلیل نقش پوشش گیاهی از طریق تأثیر فیزیکی و شیمیایی ریشه (به خاطرایجاد خلل و فرج در خاک و ترشح اسیدهای آلی) و در نتیجه ایجاد جریان ترجیحی می‌تواند مهم باشد. مطالعه حاضر به منظور بررسی امکان حرکت برخی فلزات سنگین در یک خاک آهکی و در حضور گیاه (گلرنگ) انجام شد. آزمایش با استفاده از 12 ستون (با قطر 5/22 سانتی‌متر و ارتفاع 50 سانتی‌متر) دست نخورده خاک (Typic haplocalcids) و در گلخانه صورت گرفت. به ده سانتی‌متری بالایی خاک نیمی از ستون‌ها، به عنوان تیمارآلوده، 5/19کیلوگرم در هکتار کادمیم،750 کیلوگرم در هکتار مس،150 کیلوگرم در هکتار سرب و1400 کیلوگرم در هکتار روی اضافه گشته و به خوبی مخلوط گشت. پس از دو هفته، در نیمی از ستون‌های تیمار‌های آلوده و غیرآلوده، گلرنگ (رقم کوسه) با تراکم 20 بذر در متر مربع کشت شد. پس از برداشت گیا‌هان، میزان محلول و قابل عصاره‌گیری با DTPA فلزات در مقطع‌های 10سانتی‌متری ستون‌های خاک تعیین گردید. میزان غلظت فلزات در زهکش خروجی از ستون‌ها در طول فصل کشت نیز اندازه‌گیری گردید. نتایج نشان داد در عمق‌های بیشتر از عمق اختلاط، میانگین غلظت کادمیم، مس و روی قابل عصاره‌گیری با DTPA در تیمار آلوده کشت شده به ترتیب 3/3،  5/1 و 5/1 برابر تیمار آلوده آیش افزایش (معنی‌دار در سطح 5 درصد) یافت. غلظت محلول کادمیم، مس و روی نیز در تیمار کشت شده در مقایسه با آیش به ترتیب 4/2، 2/1 و 1/1 برابر افزایش داشت. غلظت سرب تفاوت معنی‌داری در دو تیمارآلوده کشت شده و آیش نداشت. میزان جذب فلزات به وسیله گلرنگ نیز افزایش یافت که بیشترین افزایش مربوط به کادمیم و روی و کمترین مربوط به سرب بود. میزان غلظت کادمیم، مس، سرب و روی در زهکش خروجی ستون‌های آلوده کشت شده در مقایسه با ستون‌های غیرآلوده کشت شده به ترتیب 32، 5/2، 6 و 7/2 برابر افزایش داشت. به عنوان نتیجه‌گیری کلی می‌توان گفت اگرچه با افزایش غلظت فلزات در سطح خاک، میزان جذب گلرنگ افزایش یافت ولی ‌حضور گلرنگ باعث افزایش غلظت محلول و نیز حرکت فلزات مورد مطالعه در خاک گردید. ترتیب عناصر برحسب سرعت حرکت در خاک به صورت Cd>Zn>Cu>Pb بود.

---

به منظور بررسی روش‌های آبیاری تیپ و شیاری از لحاظ عملکرد و کارایی مصرف آب در زراعت سیب‌زمینی، آزمایشی در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی همدان (ایستگاه اکباتان) در سال 1383 انجام شد. این تحقیق به صورت کرت‌های خرده شده در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با فاکتور اصلی مقادیر مختلف آب آبیاری در سه سطح (75، 100 و 125 درصد تبخیر تجمعی از تشت تبخیر کلاس A) و فاکتور فرعی روش آبیاری در چهار تیمار (شامل نوارهای تیپ وسط پشته روی سطح خاک، نوارهای تیپ وسط پشته در عمق 5 سانتی‌متری، نوارهای تیپ کناره‌های پشته روی سطح خاک و آبیاری شیاری) در سه تکرار انجام گردید. نتایج نشان داد که با افزایش آب مصرفی، عملکرد محصول افزایش می‌یابد. بدون در نظر گرفتن روش آبیاری، در بین سطوح فاکتور اصلی، حداکثر عملکرد سیب‌زمینی (51/32 تن در هکتار) مربوط به تیمار آبیاری 125% و حداقل عملکرد (33/19 تن در هکتار) مربوطه به تیمار آبیاری 75% بود. در میان تیمارهای مختلف فاکتور فرعی، کمترین عملکرد (35/21 تن در هکتار) مربوط به روش آبیاری شیاری و بیشترین عملکرد (91/28 تن در هکتار) مربوط به روش آبیاری تیپ، تیمار نوار تیپ در عمق 5 سانتی‌متری از سطح زمین و وسط پشته می‌باشد. بیشترین کارایی مصرف آب (68/4 کیلوگرم بر متر مکعب) مربوط به روش آبیاری تیپ، تیمار نوار تیپ در عمق 5 سانتی‌متری از سطح زمین و وسط پشته و کمترین کارایی مصرف آب (32/3 کیلوگرم بر متر مکعب) مربوط به آبیاری شیاری بود. اختلاف کارایی مصرف آب بین تیمارهای آب آبیاری 75 و 100 درصد معنی‌دار نبود و بیشترین کارایی مصرف آب (49/4 کیلوگرم بر متر مکعب) در تیمار آبیاری 125 درصد به‌دست آمد. هم‌چنین از نظر اقتصادی، سطح آبیاری 125 درصد نسبت به سایر سطوح مورد استفاده مقرون به صرفه‌تر می‌باشد.

---

در این تحقیق، کیفیت شیمیایی آب زاینده‌رود در فاصله سد تنظیمی زاینده‌رود و سد انحرافی نکوآباد، سه زه‌کش تخلیه شونده به رودخانه و یک چاه فلمن، با اندازه‌گیری برخی پارامترهای شیمیایی، طی تیر تا اسفند 1385، به همراه امکان آلودگی این آب‌ها به حشره‌کش دیازینون، در فاصله زمانی مهر تا اسفند 1385، به روش کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) مورد بررسی قرارگرفت. هم‌چنین توان خودپالایی زاینده‌رود در محدوده مورد مطالعه محاسبه شد. نتایج آزمایش‌های انجام گرفته نشان داد که دیازینون در آب زاینده‌رود و پساب‌ها وجود ندارد. عوامل مختلف فیزیکی، شیمیایی و زیستی مانند امکان هیدرولیز دیازینون در نتیجه تماس با آب در طی فصل تابستان به دلیل شروع اندازه‌گیری‌های باقی‌مانده آن از مهر، بر عدم ردیابی این حشره‌کش دخالت دارند که مورد بررسی قرارگرفته‌اند. در نمونه مهر چاه فلمن، دیازینون به غلظت 1/32 نانوگرم در لیتر ردیابی شد که این مقدار کمتر از استانداردهای موجود برای دیازینون در آب شرب است. هم‌چنین غلظت نیتروژن- نیتراتی در این ماه برابر 24 میلی‌گرم در لیتر به دست آمد که 4/2 برابر حد استاندارد 10 میلی‌گرم در لیتر می‌باشد. به علت افزایش تخلیه پساب‌های گوناگون به داخل زاینده‌رود، توان خودپالایی رودخانه از بالادست به پایین‌دست کاهش می‌یابد. بنابراین جلوگیری از مصرف بی‌رویه آفت‌کش‌ها و تصفیه پساب‌های ورودی به زاینده‌رود، توجه بیشتری را می‌طلبد.

---

پادلینگ (گل‌آب) متداول‌ترین روش تهیه بستر نشا برای کاشت برنج است. هدف از این پژوهش، بررسی اثر شدت‌های مختلف پادلینگ بر نفوذ آب به خاک، نگهداشت آب توسط خاک و تعیین میزان آب مصرفی برای انجام پادلینگ در سه بافت خاک غالب در اراضی شالیزاری استان گیلان بود. از سه بافت خاک رس سیلتی، لوم رسی و لوم، نمونه‌های دست نخورده در سه تکرار تهیه شد. نمونه‌ها توسط دستگاه همزن تحت تأثیر شدت‌های مختلف پادلینگ قرار گرفتند. براساس نتایج به‌دست آمده تیمار پادل با شدت کم سبب شد سرعت نفوذ آب به خاک به اندازه 3/29، 4/32 و 0/36 درصد در بافت‌های رس سیلتی، لوم رسی و لوم کاهش یابد. افزایش شدت پادلینگ از سطح کم به متوسط، سرعت نفوذ آب به خاک را به طور معنی‌داری کاهش داد، ولی تیمار پادل با شدت زیاد سبب کاهش معنی‌دار این پارامتر نشد. منحنی رطوبتی هر سه بافت خاک در تمامی سطوح پادلینگ نشان داد که عملیات پادلینگ قابلیت نگهداشت آب خاک را افزایش می‌دهد. با افزایش شدت پادلینگ، نگهداشت آب خاک در بافت رس سیلتی بیشتر از دو بافت دیگر بود. افزایش شدت پادلینگ از سطح کم به زیاد سبب افزایش میزان آب مصرفی به طور معنی‌دار شد. با افزایش شدت پادلینگ از سطح متوسط به زیاد میانگین آب به کار برده شده به‌ترتیب 4/15، 1/14 و 3/16 درصد در بافت‌های رس سیلتی، لوم رسی و لوم افزایش یافت. به طور کلی، در هر سه بافت خاک، تهیه بستر نشا با استفاده از عملیات پادلینگ با شدت زیاد در مقایسه با شدت متوسط به میزان آب مصرفی بیشتری نیاز دارد، در حالی‌که بر کاهش سرعت نفوذ آب به خاک و افزایش قابلیت نگهداشت آب خاک تأثیر معنی‌داری ندارد

---

محاسبه دقیق میزان فشار ورودی به لوله‌های آبیاری بارانی مسئله‌ای مهم برای برخورداری سیستم از توزیع یکنواختی مناسب می‌باشد. فاکتور متوسط ضریب تصحیح اصلاح شده FaAVG امکان محاسبه فشار ورودی به لوله را هنگامی که اولین آبپاش به فاصله دلخواه از ابتدای لوله قرار گرفته باشد فراهم می‌کند. در این مطالعه، به منظور بررسی اثر افت فشار مجاز در طول لوله فرعی بر میزان فشار ورودی به لوله، معادله‌ای جدید برای محاسبه این ضریب ارائه شد. برای نیل به این هدف و اعمال دبی متغیر برای آبپاش‌ها، یک تصاعد هندسی فرضی بین دبی آنها در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد اگر چه میزان فشار ورودی به لوله فرعی وابسته به میزان افت فشار موجود بین آبپاش‌ها می‌باشد، اما مقدار این وابستگی برای حالتی که بیش از 15 آبپاش روی لوله فرعی قرار گرفته باشند، قابل صرف‌نظر کردن است. نتایج هم‌چنین نشان داد برای حالتی که تعداد آبپاش‌ها کمتر از 15 عدد و نسبت فاصله اولین آبپاش از دهانه ورودی به فاصله آبپاش‌ها از همدیگر کمتر از 1 باشد، محاسبه فشار ابتدایی لوله با استفاده از روش‌های قبلی با خطا همراه است و بیشتر از مقدار واقعی تخمین زده می‌شود. در این تحقیق، معادله‌ای جدید برای محاسبه ضریب کریستین‌سن در حالتی که فاصله اولین آبپاش از ابتدای لوله، کسری از فاصله آبپاش‌ها است، به دست آمد. این ضریب علاوه بر تعداد آبپاش‌ها و توان پارامتر سرعت در معادله افت، به افت فشار موجود بین دو آبپاش ابتدا و انتهای لوله نیز وابسته است. برای حالتی که تعداد زیادی خروجی روی لوله فرعی قرار دارد، نتایج کاربرد معادله جدید این ضریب، همخوانی بسیار نزدیکی با نتایج عددی سایر محققین دارد