مهندسی زراعی
سال:1404 | دوره:48 | شماره:3 |تعداد مقالات:8

با توجه به چالش های جدی مرتبط با ضایعات محصولات کشاورزی و محدودیت های موجود در روش های سنتی نگهداری و فرآوری، این تحقیق، با هدف بهینه سازی فرآیندهای خشک-کردن و قرص سازی برای قارچ دکمه ای به کمک نرم افزار دیزاین اکسپرت انجام شد. متغیرهای مستقل در خشک کن پیوسته شامل دما (50، 60 و 70 درجه سانتی گراد) و سرعت هوا (5/1، 5/2 و 5/3 متر بر ثانیه) و متغیرهای وابسته برای خشک کردن نیز شامل فنل کل، خاصیت آنتی اکسیدانی و پارامترهای رنگی بود. در مورد بهینه سازی فرایند قرص سازی نیز متغیر های مستقل شامل: فشار (105×50، 105×60، 105×70، 105×80 و105×90 پاسکال)، زمان آسایش تنش( 3، 8، 13، 18 و 22 ثانیه) و قطر قالب (10، 14، 18، 22 و 26 میلی متر) و متغیرهای وابسته نیز شامل مقاومت به نفوذ، تنش در راستای قطر و چگالی بودند. طبق نتایج بهینه یابی، شرایطی که در آن دمای هوا 10/64 درجه سانتی گراد و سرعت هوا 49/2 متر برثانیه بود با مطلوبیت 3/76 درصد به عنوان شرایط بهینه خشک کردن انتخاب شد. قارچ خشک شده در شرایط بهینه دارای محتوای فنل کل 10/7 میلی گرم اسید گالیک در وزن نمونه خشک، خاصیت آنتی اکسیدانی 72/91 درصد، شاخص روشنایی(L*) 73/69، شاخص قرمزی (a*) 44/23- و شاخص زردی (b*) 80/1 بود. نمونه خشک شده در سایه نیز دارای محتوای فنل کل 87/2 میلی گرم اسید گالیک در وزن نمونه خشک، خاصیت آنتی-اکسیدانی 27/91درصد، شاخص روشنایی(L*) 54/72، شاخص قرمزی (a*) 09/9- و شاخص زردی (b*) 74/6 بود. برای بهینه-یابی قرص حاصل از پودر قارچ خشک شده به روش پیوسته، شرایطی که در آن فشار برابر 105×72/74 پاسکال، قطر قالب 14 میلی متر و زمان آسایش تنش 8 ثانیه بود، با مطلوبیت 8/71 درصد به عنوان نقطه بهینه انتخاب شد. برای قرص پودر قارچ خشک شده در سایه نیز شرایطی که در آن فشار برابر 105×80 پاسکال، قطر قالب 70/18 میلی متر و زمان آسایش تنش 18 ثانیه بود با مطلوبیت 1/60 درصد به عنوان نقطه بهینه انتخاب شد.

تولید بیودیزل با استفاده از روش ترانس استریفیکاسیون با کاتالیزور لیپاز، در مقایسه با روش‎های متداول شیمیایی و فیزیکی تولید بیودیزل روشی پاک و کارآمد است. در این پژوهش، برای تبدیل روغن پسماند کلزا (روغن پسماند کلزا) به بیودیزل، از آنزیم لیپاز Burkholderia cepacian که بر روی نانوذرات مغناطیسی هسته-پوسته سیلیکای متخلخل/اکسید آهن تثبیت شد، استفاده شده است. برای بهینه سازی پارامترهای واکنش ترانس استریفیکاسیون، از روش سطح پاسخ (RSM) با طراحی مرکزی مرکب (CCD) استفاده شد. از طریق تحلیل رگرسیون چندگانه، معادله ای چندجمله ای درجه دوم برای بازده تولید بیودیزل به دست آمد. بر مبنای نتایج تابع مطلوبیت، شرایط بهینه واکنش شامل غلظت لیپاز تثبیت شده 36٪، زمان واکنش 25 ساعت، نسبت مولی متانول به روغن پسماند کلزا برابر با 2/6 و دمای واکنش 34 درجه سانتی گراد حاصل شد. بازده پیش بینی شده برای تولید بیودیزل در شرایط بهینه، 92٪ بود. واکنش ترانس استریفیکاسیون با استفاده از لیپاز تثبیت شده در سه چرخه متوالی انجام شد و تنها %11 از فعالیت آنزیم در چرخه سوم کاهش یافت. این روش با حذف مراحل خنثی سازی شیمیایی و کاهش مصرف انرژی، هزینه های تولید را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و به دلیل پایداری و کارایی بالای لیپاز تثبیت شده، قابلیت بومی سازی و توسعه صنعتی دارد. بازیابی مغناطیسی آنزیم پس از هر چرخه واکنش نیز امکان استفاده مجدد آسان را فراهم می کند و بدین ترتیب فرآیندی کاملاً سازگار با محیط زیست و اقتصادی را برای تولید بیودیزل ارائه می دهد.

به منظور بررسی واکنش ارقام مختلف گلرنگ به میزان فسفر، آزمایشی به صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مناطق داراب، اصفهان، دزفول و کرمان (سال های 1397 و 1398) اجرا شد. فاکتور اول عبارت بود از: 0، 10، 20، 30 و 40 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار از منبع سوپر فسفات تریپل و فاکتور دوم ارقام گلرنگ گلدشت و پدیده برای مناطق اصفهان و داراب و ارقام گلدشت و صفه برای مناطق کرمان و دزفول. فسفر قابل دسترس در خاک اصفهان، داراب، کرمان و دزفول به ترتیب 2/10، 11، 7 و 18/7 میلی گرم در کیلوگرم بود. صفات وزن خشک اندام هوایی، غلظت فسفر، عملکرد دانه، فسفر کارایی، کارایی جذب و مصرف فسفر در این آزمایش اندازه گیری شد. نتایج تجزیه مرکب دوساله نشان داد که کاربرد 10 کیلوگرم فسفر در هکتار در داراب، 20 کیلوگرم در دزفول، 10 کیلوگرم در اصفهان و 30 کیلوگرم در کرمان به ترتیب 20، 78، 28 و 237 درصد عملکرد دانه را نسبت به تیمار شاهد افزایش داد. فسفر کارایی با کارایی جذب فسفر دارای همبستگی مثبت و معنی داری بود (اصفهان **45/0، داراب *19/0، کرمان**43/0 و دزفول **57/0). با توجه به نتایج به دست آمده در مناطق گرم با 10 میلی گرم فسفر در کیلوگرم خاک، کاربرد 10 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار و در مناطق با 7 میلی گرم فسفر در کیلوگرم خاک، کاربرد 30 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار توصیه می گردد. همچنین می توان غلظت 18/0 درصد فسفر در اندام هوایی گلرنگ در مرحله رشد ساقه دهی را به صورت کمبود و 23/0 درصد را به صورت کفایت در نظر گرفت.

آگاهی از شکل های فسفر به ویژه فسفر غیرقابل دسترس در خاک های آهکی مناطق خشک و نیمه خشک می تواند در بهینه سازی مصرف کودهای شیمیایی و کاهش اثرات مخرب آن ها بر محیط زیست راهگشا باشد. این مطالعه با هدف درک تغییرات عمقی شکل های فسفر به ویژه فسفر غیرقابل دسترس خاک در پاسخ به سطوح مختلف کود فسفری در یک باغ تحت کشت پسته انجام شد. بدین منظور آزمایشی در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای کودی اعمال شده شامل سه سطح کودی (200، 400 و 600 کیلوگرم در هکتار) از منبع کود فسفره سوپر فسفات تریپل همراه با تیمار شاهد بود. نمونه ها از 4 عمق خاک برداشت و از روش عصاره گیری متوالی برای تعیین اجزای فسفر معدنی استفاده شد. همچنین مقادیر فسفر قابل جذب، فسفر کل (TP)، کل فسفر آلی (TPo) و کل فسفر معدنی (TPi) در نمونه های خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در تمامی لایه های نمونه برداری، اثر سطوح کودی بر فسفر قابل جذب معنی دار بود (p<0.05) و با افزایش سطح کودی به 600 کیلوگرم در هکتار مقدار آن افزایش یافت. با کاربرد 600 کیلوگرم در هکتار کود سوپر فسفات تریپل کل فسفر آلی، کل فسفر معدنی و فسفر کل به ترتیب 50، 40 و 43 درصد به طور متوسط نسبت به تیمار شاهد در لایه های مختلف افزایش نشان داد. افزایش سطوح کودی سبب افزایش شکل های فسفر معدنی در تمامی لایه ها شد. در تمامی تیمارها و عمق های نمونه برداری شده، فسفر غیر قابل دسترس، بخش عمده فسفر معدنی را تشکیل داد و با افزایش سطح کودی به 600 کیلوگرم در هکتار مقدار آن در تمامی لایه ها نسبت به شاهد افزایش یافت. طبق داده های به دست آمده، همبستگی معنی داری بین فسفر قابل جذب با تمامی اجزای فسفر معدنی و فسفر کل مشاهده شد. فسفر غیر قابل دسترس بالاترین میزان همبستگی با فسفر قابل جذب خاک نشان داد (59/0= r) که نشان می دهد فسفر غیر قابل دسترس قادر است با تبدیل تدریجی به شکل قابل جذب، نقش یک منبع ذخیره بلند مدت را در تامین فسفر مورد نیاز گیاهان ایفا کند.

امروزه استفاده از مدل های شبیه ساز در مدیریت بهینه فرآیند تولید و دستیابی به عملکرد مطلوب در مقیاس مزرعه ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مدل آکواکراپ یکی از مدل های کاربردوست برای شبیه سازی رشد گیاهان است که توسط فائو معرفی شده است و به ویژه در تحلیل اثرات مختلف خاک، گیاه و عوامل اقلیمی بر عملکرد محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد. این مدل به ویژه برای ارزیابی عملکرد سیستم های کشاورزی دیم و آبی مناسب است. آکواکراپ به طور مؤثر برای شبیه سازی رشد و تولید محصولات مختلف از جمله برنج در شرایط مدیریتی مختلف و در مکان های مختلف کاربرد دارد. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی دقت مدل آکواکراپ در شبیه سازی عملکرد زیست توده و دانه برنج رقم هاشمی در مقیاس منطقه ای (92 شالیزار در شهرستان صومعه سرا) پس از واسنجی و صحت سنجی نقطه ای انجام شد. نتایج نشان داد که مدل آکواکراپ از دقت بسیار خوبی در برآورد عملکرد دانه شلتوک (70/0R2= و%10nRMSE=) و میزان عملکرد زیست توده (66/0R2= و %20nRMSE= ) برخوردار می باشد. همچنین با توجه به مقادیر کارایی مدل در شبیه سازی عملکرد دانه شلتوک (70/0 = EF) و زیست توده ( 97/0 = EF)، می توان نتیجه گرفت که مدل قادر به شبیه سازی دقیق رشد و عملکرد گیاه برنج در شرایط واقعی مزرعه است. نتایج این پژوهش حاکی از آن است که مدل آکواکراپ، با ساده سازی فرآیندهای پیچیده زیستی و استفاده از ورودی های محدود، نه تنها ابزار مفیدی برای شبیه سازی عملکرد در شرایط مدیریتی مختلف است (92 مدیریت مختلف)، بلکه می تواند نقش مؤثری در بهبود تصمیم گیری های راهبردی به منظور مدیریت منابع آب و بهینه سازی سایر نهاده های تولید در شرایط محدودیت منابع ایفا کند. به کارگیری این مدل در مناطق مختلف جغرافیایی و شرایط مدیریتی گوناگون، امکان ارائه راهکارهایی برای افزایش تولید و بهره وری نهاده های تولید و کاهش اثرات منفی زیست محیطی حاصل از مدیریت نادرست منابع تولید را فراهم خواهد کرد.

به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای فنی و اقتصادی ماشین های مورد استفاده در مراحل خاک ورزی، کاشت و برداشت در دو روش برداشت تریتیکاله (خشک و تر) به عنوان کشت دوم در اراضی شالیزاری استان گیلان، آزمایشی به مدت دو سال (99-98) در پایگاه تحقیقات الیزاری خاک و آب موسسه تحقیقات برنج کشور در رشت اجرا شد. پارامترهای فنی شامل مصرف سوخت، ظرفیت مزرعه ای مؤثر و مدت زمان عملیات هر مرحله بود. همچنین تحلیل اقتصادی بر اساس مجموع هزینه ها و درآمدهای حاصل از کل فرایند تولید انجام شد و شاخص هایی مانند هزینه تمام شده هر کیلوگرم محصول، سود خالص، نسبت فایده به هزینه، درصد بازده فروش و درصد بازگشت سرمایه محاسبه شد. نتایج نشان داد که از نظر فنی، روش برداشت تر با چاپر، نسبت به برداشت خشک دارای مزایای قابل توجهی است. مصرف سوخت در برداشت تر نسبت به برداشت خشک با دروگر استوانه ای و خودگردان به ترتیب حدود 4/63 و 7/48 درصد کاهش یافته است. همچنین زمان لازم برای عملیات برداشت تر به طور قابل توجهی کمتر است و نسبت به برداشت خشک با دروگر استوانه ای و خودگردان به ترتیب حدود 4/63 و 5/75 درصد کاهش داشته است. این بهبودهای فنی باعث افزایش ظرفیت مزرعه ای مؤثر و انعطاف پذیری بیشتر در شرایط آب و هوایی نامناسب می شود. با این حال، تحلیل اقتصادی نشان داد که هزینه های بالای حمل و نقل محصول تر به دلیل حجم و رطوبت بالای آن، باعث زیان ده شدن این روش شده است. از سوی دیگر، برداشت خشک با سودآوری مثبت 8430100 ریال در هکتار و بازگشت سرمایه 79/5 درصد، برتری محسوسی بر روش تر دارد. برداشت خشک، علی رغم پتانسیل سودآوری، با موانع جدی ناشی از بارندگی های فصلی در زمان برداشت روبرو است که خشک شدن طبیعی محصول در مزرعه را غیرممکن می سازد. این یافته ها نشان می دهد که هر دو روش برداشت با چالش های قابل توجهی همراه هستند و برای اقتصادی کردن کشت تریتیکاله در این منطقه، پیشنهاد می شود با بهینه سازی حمل و نقل محصول تر و توسعه فناوری های خشک کن کم هزینه در مزرعه، امکان بهبود شرایط اقتصادی فراهم شود.

توزیع یکنواخت بذر برنج در سینی نشا برای عملکرد بهتر رشد آن بسیار حائز اهمیت است. به دلیل گران بودن و در دسترس نبودن دستگاه های خودکار کاشت بذر در سینی نشا، بسیاری از کشاورزان به صورت دستی یا سنتی این کار را انجام می دهند. هدف از انجام این پژوهش طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاهی ارزان قیمت، ساده و مکانیکی برای کاشت سریع و دقیق بذر برنج در سینی نشا است. مدلسازی و طراحی سه بعدی دستگاه در نرم افزار سالیدورکس انجام شد. دستگاه شامل دو مخزن حامل بذر و خاک، موزع های خاک و بذر، دستگیره های حمل کننده، چرخدنده ها، زنجیر و چرخ زنجیر سیستم انتقال دوران است. بدنه دستگاه از آلیاژهای فولاد ضدزنگ 304 و فولاد ST37 و چرخ دنده های انتقال دوران از جنس تفلون PTFE ساخته شدند. موزع بذر از نوع غلتکی شیاردار با آلیاژ آلومینیوم و موزع خاک از نوع حمل کننده پلاستیکی آجدار ساخته شد. ارزیابی دستگاه در ریزش های بذر شلتوک برنج از 70 تا 180 گرم به ازاء هر سینی نشا انجام شد. ضخامت خاک زیر و روی لایه بذر با به کارگیری دریچه کنترل شونده قابل تنظیم است. نتایج ارزیابی دستگاه نشان داد که بذر ریزی داخل سینی نشا با دستگاه طراحی و تولید شده به صورت یکنواخت و با هر مقدار توصیه شده توسط کارشناسان زراعت با ضریب 99/0R2= قابل انجام است. همچنین ضخامت خاک زیر و روی بذر قابل تنظیم و با حداکثر خطای 12 درصد بیش ریزش و 15 درصد کم ریزش پوشش دهی انجام شد.

شناخت اثر عوامل موثر بر فرسایش شیاری جهت توسعه مدل های کارآمد پیش بینی فرسایش و روش های حفاظت خاک از اهمیت بسزایی برخوردار است. بنا بر این، پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر مقدار رطوبت اولیه بر فرسایش شیاری در دو خاک با بافت لوم سیلتی و رس سیلتی انجام شد. علاوه-بر این، ارتباط بین ظرفیت جدا شدگی شیاری (Dc) و خصوصیات جریان رواناب نیز مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های خاک از دو دیم زار با علائم وقوع فرسایش شیاری واقع در روستای شیر کوه رودبار استان گیلان برداشت شدند. آزمایش در پنج سطح رطوبت اولیه خاک (5، 10، 15، 20 و 30% جرمی) و چهار نوع جریان شبیه سازی شده با دبی های جریان 546/0، 986/0، 125/1 و 895/1 متر مکعب بر ساعت و دو سطح شیب 061/0 و 121/0 متر بر متر انجام شد. نتایج نشان داد که در هر دو خاک، Dc با افزایش مقدار رطوبت اولیه، کاهش یافت. به عنوان مثال در رطوبت اولیه 30 درصد، مقدار Dc خاک رس سیلتی و لوم سیلتی در مقایسه با رطوبت اولیه 5% به ترتیب 9/89 و 2/93 درصد کمتر بود. مقدارDc درخاک لوم سیلتی پس از یک روند کاهشی، از مقدار 015/0 در رطوبت 20 درصد به 086/0 کیلو گرم بر متر مربع ثانیه در رطوبت 30 درصد افزایش یافت، که بیان گر وجود یک حد آستانه رطوبتی برای تغییرات حساسیت در برابر فرسایش شیاری بود. اما در خاک رس سیلتی، روند تغییر Dcبا افزایش میزان رطوبت اولیه، همچنان کاهشی بود. واپاشی کمتر خاکدانه ها و پیوستگی بیشتر ناشی از حضور غشاهای آبی می توانند علت مقاومت بیشتر خاک با افزایش رطوبت اولیه باشد. همچنین، اختلاف میزان رس دو خاک احتمالا باعث تفاوت رفتار آنها در رطوبت های مختلف شد. در هر دو خاک، Dc بیشترین ضریب همبستگی را پارامتر قدرت جریان نشان داد (76/0 تا 83/0r= درخاک رس-سیلتی و 76/0 تا 94/0r= در خاک لوم سیلتی). رطوبت اولیه تأثیر قابل-توجهی بر قدرت ارتباط بین Dcو خصوصیات جریان داشت، اما این تأثیر در دو نوع خاک متفاوت بود. در مجموع این یافته ها نشان می دهد که اثر عوامل محیطی مانند سطح رطوبت اولیه جهت مدل سازی دقیق تر فرسایش خاک می بایست مورد توجه قرار گیرد.