حفاظت منابع آب و خاک
سال:1397 | دوره:8 | شماره:1

بافت خاک یکی از مهم ترین ویژگی های خاک است که بر روی بسیاری از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مانند ظرفیت نگهداری آب، ظرفیت تبادل کاتیونی، حاصلخیزی خاک و تهویه خاک اثر می گذارد. امروزه از فناوری هوش مصنوعی مانند شبکه های عصبی و عصبی فازی برای حل مسائل مربوط به مدل سازی سیستم ها و فرآیند ها استفاده می شود. در این پژوهش کارآیی شبکه های عصبی مصنوعی در پیش بینی بافت خاک بررسی شد. بدین منظور 150 نمونه خاک از عمق 15-0 سانتی متری از حوزه آبخیز سد گاوشان در استان کردستان جمع آوری گردید. موقعیت جغرافیایی، ارتفاع و درصد شیب در هر نقطه ثبت شد. بافت خاک در آزمایشگاه به روش هیدرومتری اندازه گیری شد. با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی رابطه بین طول و عرض جغرافیایی، ارتفاع و شیب و درصد هر کدام از گروه های ذرات خاک با استفاده از نرم افزار MATLAB به دست آمد. دقت شبکه ساخته شده با استفاده از شاخص های آماری مانند شاخص ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، شاخص نسبت خطای متوسط هندسی (GMER) و ضریب همبستگی (R) ارزیابی گردید. نتایج به دست آمده نشان داد که کارآیی روش استفاده شده برای برآورد مقدار شن و رس خاک نسبتاً یکسان و برای برآورد مقدار سیلت کم تر بود؛ با این حال در سطح برآورد بافت خاک روش استفاده شده از کارآیی بالایی برخوردار نبود.

استفاده بهینه از آب آبیاری نیاز به برنامه ریزی دقیق آبیاری دارد و برآورد دقیق ضریب گیاهی به خصوص در مقیاس های وسیع پیش نیاز آن است. هدف از این تحقیق مقایسه برخی از رویکردهای پیش پردازش داده های ورودی به شبکه عصبی مصنوعی: رگرسیونی و کاهش داده (تحلیل مؤلفه-های اصلی و چرخشی) در برآورد ضریب گیاهی با شاخص های NDVI، RI، TVI، MSAVI، SAVI، mTVI، EVI، MNDVI، TVX، NVSWI در جهت مدل سازی ضریب گیاهی گندم در استان آذربایجان شرقی بود. مقایسه عملکرد رویکرد کاهش داده و رگرسیون بیانگر کاهش معیارهای خطا در رویکرد کاهش داده بود، به عنوان نمونه درصد افزایش آماره RMSE از حالت چرخشی به رگرسیون 8/11 و از حالت تحلیل مؤلفه های اصلی به رگرسیون 7/22 بود. رویکردهای مورد استفاده در برآورد ضریب گیاهی از تخمین بیش برآوردی برخوردار بودند به طوری که میزان افزایش متوسط ضریب گیاهی دوره صحت سنجی از ضریب گیاهی فائو به رویکرد پیش پردازش با رگرسیون، تحلیل مؤلفه های اصلی و چرخشی به ترتیب 7/13، 7/6 و 6/4 درصد بوده است. بنابراین استفاده از چرخش در تحلیل کاهش داده میزان دقت تخمین را بالا می برد. کاهش 13/39 درصد ضریب همبستگی از شاخص MSAVI نسبت بهNDVI، حاکی از این است که شاخص های توسعه یافته براساس شرایط منطقه در افزایش کارایی برآورد ضریب گیاهی با تصاویر ماهواره ای از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.

بررسی تغییر اقلیم کمک شایانی در مدیریت منابع آب و تولیدات کشاورزی خواهد کرد. افزایش دما یکی از جنبه های قطعی تغییر اقلیم محسوب می گردد. محدودیت تعداد ایستگاه های هواشناسی و کیفیت و طول دوره داده های اقلیمی از مهمترین عوامل محدودکننده در بررسی تغییرات اقلیمی است. بهره گیری از داده های پایگاه های اطلاعاتی شبکه بندی شده از راهکارهای رفع این محدودیت است. در این مطالعه از داده های پایگاه اطلاعاتی CRU TS (نسخه 01/4) شامل میانگین های ماهانه متوسط، کمینه و بیشینه روزانه دما در سطح کشور برای تحلیل روند تغییرات متوسط های سالانه، فصلی و ماهانه با استفاده از آزمون من-کندال اصلاح شده استفاده شد. نتایج نشان می دهند در دوره 2016-1987 (دوره دوم) نسبت به دوره 1986-1957 (دوره اول)، متوسط روزانه دما در مقیاس سالانه و در مناطق مختلف کشور، بین 4/0 تا 2/1 درجه سانتی گراد افزایش داشته است. متوسط روند افزایش دما در طول سه دهه اخیر در سطح کشور، 39/0 درجه سانتی گراد در دهه (17/1 درجه سانتی گراد در سی سال) برآورد شد. افزایش کمینه روزانه دما در مقیاس سالانه در طول دوره دوم، بیش تر از افزایش متوسط روزانه دما و در حدود 23/1 درجه سانتی گراد در سی سال بوده است. بررسی روند تغییرات میانگین های فصلی نشان می دهد که فصول زمستان و بهار، به خصوص در استان های غربی و شمال غربی کشور، بیش ترین روند افزایش دما را طی سه دهه اخیر تجربه کرده اند. نتایج این تحقیق وقوع تغییرات معنی دار در دما در فصول زمستان، بهار و تابستان را که اهمیت زیادی برای کشاورزی کشور دارند تأیید می کنند.

گردو به عنوان یکی از محصولات پربازده، نقش قابل توجهی در وضعیت اجتماعی و اقتصادی کشاورزان در بسیاری از مناطق کشور دارد و با توجه به بازده اقتصادی این محصول در سال های اخیر، شاهد افزایش چشمگیر سطح زیر کشت آن هستیم. درخت گردو بسیار به شرایط آب و هوایی وابسته است، بنابراین لازم است قبل از کشت آن که نیاز به سرمایه گذاری اولیه نسبتاً بالایی دارد، اقداماتی در خصوص شناسایی مناطق مناسب و مستعد کاشت صورت گیرد. لذا هدف از انجام پژوهش حاضر ارزیابی و شناسایی اراضی مستعد برای کاشت گردو در سطح کل استان تهران جهت حصول بازده تولید مطلوب می باشد. بدین منظور از پارامترهای اقلیمی (شامل دما، رطوبت نسبی، بارندگی و سرعت باد) مربوط به 12 ایستگاه سینوپتیکی در داخل استان و 8 ایستگاه در استان های مجاور با طول دوره آماری 11 سال (2004 تا 2014 میلادی)، توپوگرافی و کاربری اراضی به منظور مکان یابی و پهنه بندی مناطق مستعد کشت گردوی ایرانی استفاده شده است. ابتدا از تمامی پارامترهای مورد نظر لایه اطلاعاتی رستری تولید شد. سپس با بررسی مطالعات پیشین و نظر کارشناسان در ارتباط با خصوصیات فیزیولوژیکی و نیازهای رویشی درخت گردو، آستانه-های مطلوب و نامطلوب جهت رشد درخت تعیین و با استفاده از فرآیند تحلیل سلسله مراتبی و تهیه پرسشنامه میزان ارجحیت و تأثیرگذاری هریک از پارامتر ها محاسبه شد. در ادامه با استفاده از تابع عضویت فازی کلیه لایه های اطلاعاتی نرمال سازی شده و در نهایت از طریق ابزار هم پوشانی فازی در محیط نرم افزار ArcGis، نقشه پهنه بندی نهایی تهیه و استخراج گردید. مطابق با این نقشه، از میان کل اراضی استان تهران 9562/243882 هکتار معادل 82/17 درصد جهت کاشت گردوی ایرانی دارای استعداد بسیار مناسب می باشد. همچنین نتایج نهایی حاکی از آن است که از میان پارامترهای مؤثر بر رشد گردو سه عامل دما، رطوبت نسبی و جهت شیب از تأثیر و اهمیت ویژه ای برخوردار هستند.

یکی از مسائلی که در مطالعات خشکسالی مورد بحث است توسعه مطالعات نقطه ای به گستره مکانی و به عبارت بهتر مطالعات منطقه ای خشکسالی می باشد. در بخش اول در این تحقیق به منظور بررسی اثر تغییرات ایجاد شده در توزیع احتمالاتی مقادیر بارندگی در روش SPI بر توزیع مکانی خشکسالی، ابتدا از بارش و سپس از SPI به عنوان داده پایه استفاده شد. نتایج به دست آمده برحسب مقیاس زمانی و روش مورد استفاده در تحلیل منطقه ای در حوضه آبریز تالاب انزلی کاملاً متفاوت بود. نتایج به دست آمده نشان داد با کاهش تداوم زمانی مورد مطالعه به کم تر از 1 سال، درحالیکه با استفاده از شاخص SPI منطقه کاملا همگن است و کل حوضه عملاً یک منطقه به حساب آورده می شود، از نظر بارش منطقه همگن به شمار نمی آید. نتیجه مهم به دست آمده آن بود که در تحلیل مکانی خشکسالی، برخلاف آنچه که مرسوم است باید ابتدا منطقه بندی بر اساس بارش صورت پذیرد و سپس در زون های به دست آمده خشکسالی مورد بررسی قرار گیرد. در بخش دوم تحقیق مقایسه ای بین سه روش معمول در تحلیل منطقه ای یعنی خوشه بندی سلسله مراتبی، خوشه بندی افرازی و گشتاورهای خطی بر روی مقادیر بارندگی و همین طور SPI صورت گرفت. نتایج نشان داد استفاده از روش گشتاورهای خطی در مقابل روش های خوشه بندی، در منطقه مورد مطالعه، مناسب تر است. نتیجه مهم به دست آمده از این بخش آن بود که با کاهش مقیاس زمانی مورد مطالعه تفاوت میان روش های منطقه بندی معنی دارتر و انتخاب روش منطقه بندی از اهمیت بیش تری برخوردار می گردد.

بخش زیادی از کشت گندم ایران در مناطق خشک و نیمه خشک قراردارند و به علت کمبود آب به ویژه در مراحل انتهایی رشد، رقابت بین گندم و سایر محصولات، باعث تخصیص آب کم تری به مزارع گندم می­ گردد. در چنین شرایطی دستیابی به ارقامی از گندم با تراکم مناسب و کاربرد سامانه های آبیاری نوین به منظور افزایش عملکرد، از اهمیت بالایی برخوردار است. گرچه نیتروژن مهم ترین عنصر در عملکرد و کیفیت گندم است، لیکن مصرف بیش از حد کودهای نیتروژنه باعث اتلاف آن ها در اثر آبشویی، کاهش راندمان مصرف کود و آلودگی آب های زیرزمینی می گردد. این تحقیق در دو سال با طرح آماری اسپلیت-فاکتوریل اجرا شد. روش کوددهی به عنوان کرت اصلی و فاکتوریل رقم و تراکم کاشت در پلات­ های فرعی بودند. روش کوددهی نیتروژن در 3 سطح کوددهی به میزان توصیه کودی به روش دست پاش، کوددهی با آبیاری بارانی به میزان توصیه کودی و کوددهی با آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی در کرت های اصلی و فاکتوریل ارقام گندم پیشتاز، شیراز و بهار و تراکم کاشت 300، 400 و 500 دانه در مترمربع در کر تهای فرعی بودند. بیش ترین عملکرد دانه به مقدار kg/ha 6065، 5786 و 5943 به ترتیب در رقم پیشتاز، کوددهی با آبیاری بارانی به میزان توصیه کودی و تراکم برابر 400 بذر در مترمربع و کم ترین عملکرد دانه به مقدار kg/ha 5517، 5728 و 5576 به ترتیب در رقم شیراز، کوددهی با آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی و تراکم 500 بذر در مترمربع بود. مقایسه اثرات متقابل روش کوددهی، رقم در تراکم بذر نشان داد که بیش ترین عملکرد دانه مربوط به رقم پیشتاز به مقدار Kg/ha 6307 در تراکم کاشت 400 بذر در مترمربع و کوددهی با آبیاری بارانی به میزان توصیه کودی و کم ترین عملکرد دانه مربوط به رقم شیراز به مقدار kg/ha 5359 در تراکم کاشت 500 بذر در مترمربع و کوددهی با آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی بود. بیش ترین مقادیر پروتئین در روش های کوددهی، رقم و تراکم بذر مربوط به تیمارهای کوددهی با آبیاری بارانی به میزان توصیه کودی، رقم شیراز و تراکم 300 بذر در مترمربع به دست آمد. کم ترین مقادیر پروتئین مربوط به تیمارهای آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی، رقم بهار و تراکم 500 بذر در مترمربع بود. بیش ترین میانگین عملکرد دانه و درصد پروتئین در تیمار کوددهی با آبیاری بارانی به میزان توصیه کودی برابر kg/ha 5786 و %8/20 به دست آمد. عملکرد دانه به ازای هر کیلوگرم اوره مصرفی در سه تیمار کوددهی بترتیب 4/15، 5/15 و 8/22 کیلوگرم بود که نشانگر افزایش کارآیی مصرف کود نیتروژن در تیمار کوددهی در آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی است. کوددهی با آبیاری بارانی با 30% کم تر از توصیه کودی، استفاده از رقم پیشتاز و تراکم 400 بذر در مترمربع، مناسب ترین گزینه های آزمایش بودند.

بررسی و پایش کاربری اراضی از پیش­ نیاز­ های اساسی در مطالعات حوضه آبخیز به شمار می­ آید چرا که برنامه­ ریزی مدیریتی منطقه­ ای وابسته به آگاهی در مورد نوع استفاده اراضی و تغییرات آینده است. در نتیجه مدل­ سازی و پیش­ بینی کاربری اراضی برای برنامه­ ریزی و مدیریت پایدار اراضی در آینده کشوری مانند ایران که بهره برداری از اراضی به سرعت در حال تغییر است، امری ضروری می­ باشد. در این راستا پژوهش حاضر، جهت آشکار­ سازی تغییرات کاربری اراضی در دوره زمانی 15 سال و مدل سازی تغییرات برای بیست سال آینده، با استفاده از تخمینگر انتقال مارکوف با اطلاعات تصاویر ماهواره لندست 7 و 8 برای حوضه آبخیز روضه­ چای ارومیه انجام شد. براساس الگوریتم طبقه­ بندی نظارت شده با روش بیش ترین احتمال، کاربری اراضی به صورت هفت کلاس باغ، اراضی آبی، اراضی دیم، مراتع، مناطق مسکونی، دریاچه و اراضی شور با متوسط ضریب کاپا 88/0 و دقت کلی 9/0 برای سال های 2000 و 2015 استخراج شدند. بررسی تغییرات 15 ساله نشان داد که تغییرات کاربری­ های وابسته به آب در منطقه طی بازه زمانی یاد شده، کاهش داشته است. مدل سازی تغییرات کاربری اراضی منطقه با استفاده از تخمینگر انتقال مارکوف حاکی از آن است که کاربری­ های باغ، اراضی آبی و دیم، روستانشینی و منابع آب کاهش و کاربری­ های مراتع و اراضی شور در منطقه افزایش خواهند یافت (از سال 2020 تا 2035 درصد افزایش مساحت مراتع 11/13، درصد کاهش مساحت­ های زراعت آبی و باغات 51/32 و اراضی دیم 56/17). نتایج بیانگر استفاده نادرست از منابع آب، خاک و کاهش حاصلخیزی خاک منطقه مورد مطالعه می­ باشد که نیاز به برنامه­ ریزی دقیق جهت تمرکز فعالیت­ های جامع مدیریتی را آشکار می­ سازد.

این پژوهش به منظور ارزیابی عملکرد و زیست توده زعفران با استفاده از مدل رشد گیاهی AquaCrop تحت گزینه های مختلف کم آبیاری و مصرف زئولیت با استفاده از نتایج آزمایش سال 1392 و 1393 انجام شد. در تحقیق انجام شده، 36 داده اندازه گیری شده برای هر پارامتر تحت تیمارهای سطح آبیاری (عرف محلی: I1، کم آبیاری با کاهش 70 درصد نیاز آبی گیاه: I2 و آبیاری براساس نیاز آبی کامل گیاه: I3) و کاربرد زئولیت (صفر: Z0، 5/0 درصد: Z1، 1درصد: Z2 و 2 درصد: Z3 درصد وزنی خاک) به صورت تصادفی به دو دسته تقسیم شدند. دسته نخست (شامل70 درصد داده ها) به منظور واسنجی و دسته دوم (شامل 30 درصد داده ها) برای صحت سنجی مدل AquaCrop مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج شبیه سازی نشان داد در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی، تیمارهای شامل آبیاری عرف محلی بیش ترین اختلاف را با مقادیر اندازه گیری شده داشتند. در برخی موارد تیمارهای حاوی زئولیت این اختلاف را کاهش دادند لیکن رابطه معنی داری بین نتایج به دست آمده مشاهده نشد. آماره های RMSE، MBE و NRMSE برای شبیه سازی عملکرد زعفران در مرحله صحت سنجی به ترتیب برابر با 48/0 (کیلوگرم در هکتار)، 21/0-(کیلوگرم در هکتار) و 09/0 و برای زیست توده در همین مرحله به ترتیب برابر با 9/151 (کیلوگرم در هکتار)، 2/74 (کیلوگرم در هکتار) و 13/0 به دست آمدند. این مقادیر نشان دادند که این مدل دقت مناسبی برای شبیه سازی عملکرد و زیست توده زعفران داشت. کارایی این مدل با استفاده از مقادیر EF مطلوب بود به طوری که مقدار این آماره برای عملکرد در هر دو مرحله واسنجی و صحت سنجی به ترتیب برابر با 32/0 و 42/0 و برای زیست توده در همین دو مرحله به ترتیب برابر با 99/0 و 99/0 بود. براساس نتایج به دست آمده، این مدل دقت کافی برای شبیه سازی عملکرد و زیست توده زعفران در شرایط کم آبیاری و کاربرد زئولیت را داشت. بنابراین استفاده از این مدل، به عنوان یک مدل مطلوب گیاهی برای شبیه سازی زعفران پیشنهاد می شود.

حفاظت و توسعه پایدار خاک و آب یکی از ابر چالش های پیشروی کشورهاست. در این پژوهش پس از ساخت مدل هیدرولوژیکی نیمه توزیعی SWAT (ابزار ارزیابی خاک و آب) برای حوضه سد لتیان، ارزیابی رواناب در اثر تغییر اقلیم و تغییرات آب سبز با توجه به سناریوهای مدیریتی مورد بررسی قرار گرفته و پس از واردکردن اطلاعات بارش و دمای روزانه منطقه نسبت به شبیه سازی رواناب (1988 تا 2014) اقدام شده است. ایستگاه های هیدرومتری نجارکلا، لتیان، رودهن و زردره به عنوان نقطه کنترل، مورد واسنجی (1988-2010) و اعتبار سنجی (2014-2010) قرار گرفتند، نتایج شاخص های آماری ضریب تبیین (R2) و نش ساتکلیف (NS) نشان می دهد که شبیه سازی در این حوضه آبریز با دقت خوبی انجام شده است (نتایج بالای 6/0). نتایج آنالیز حساسیت با نرم افزار SWAT-CUP حاکی از آن بود که پارامتر PLAPS دارای بیش ترین حساسیت می باشد. واسنجی مدل نیز توسط نرم افزار SWAT-CUP با الگوریتم SUFI2 با تعداد تکرارهای 500 تایی انجام گرفت و در نهایت بهترین مقدار پارامترهای انتخابی به دست آمد. همچنین با استفاده از ریزمقیاس نمایی آماری توسط مدل اقلیمی Lars-WG اطلاعات اقلیمی آینده تحت دو سناریوی خوش بینانه RCP2. 6 و بدبینانه RCP8. 5 به مدل وارد شد سپس دو سناریوی مدیریتی در مدل SWAT اعمال گردید. در سناریوی اول، فرض شده است که 3 درصد از مرتع ضعیف به کاربری جنگلی تبدیل شود و درصد کاربری اراضی جنگلی به 18/3 درصد از کل مساحت برسد. همچنین در سناریوی دوم فرض شد که به کشاورزی دیم 5 درصد افزوده شود در این سناریوها مشخص گردید که با افزایش سطوح دارای پوشش گیاهی (جنگل یا کشاورزی) نفوذ به آبخوان افزایش خواهد یافت و این تغییرات عموماً به صورت افزایشی خواهند بود، همچنین با کاهش تبخیر و تعرق در حوضه مواجه خواهیم بود. دلیل این امر ممکن است به علت افزایش سطح پوشش خاک و مقاومت در برابر تبخیر مستقیم از خاک و افزایش برگاب باشد. نتایج شبیه سازی میزان آب سبز در دوره زمانی (2021-2040) نشان داد که نوع واحد اراضی تأثیری مستقیم بر میزان جریان آب سبز و ذخیره آب سبز خواهد داشت.