محمدعلی محمودی

تنفس میکروبی خاک در جنگل‌ها سهم قابل‌توجهی از انتشار دی‌اکسید کربن در اکوسیستم‌های زمینی را تشکیل می‌دهد و به تغییرات محیطی از جمله دما و رطوبت خاک و نوع پوشش گیاهی بسیار حساس است. در این مطالعه، تنفس میکروبی خاک و دو عامل محیطی شامل دما و رطوبت خاک در پنج تیپ جنگلی (Pure Quercus infectoria)، (Quercus libani- Quercus infectoria)، (Pure Quercus libani)، (Quercusinfectoria-Quercus libani)، (Quercus libani- Quercus brantii- Quercus infectoria) در چهار فصل در سال اندازه‌گیری شد، همچنین شناسایی ترکیب و تنوع گیاهان علفی در تیپ‌های مختلف بلوط واقع در جنگل‌های آرمرده در شهرستان بانه و ارتباط پوشش علفی این جنگل‌ها با شرایط خاک انجام شد. تنفس میکروبی خاک با روش بطری بسته، رطوبت خاک در آزمایشگاه و دمای خاک با دماسنج هم‌زمان با نمونه‌برداری خاک در مناطقی از خاک سطحی (عمق 0 تا 10 سانتی‌متر) اندازه‌گیری و روابط بین تنفس میکروبی خاک و متغیرهای محیطی مورد تحلیل قرار گرفت و از ریز قطعه‌نمونه یک مترمربعی به صورت تصادفی جهت برداشت گونه‌های علفی استفاده شد. سپس ارتباط و رج-بندی گیاهان علفی کف با متغیرهای خاک از طریق تجزیه تطبیقی قوس‌گیری شده (DCA) و تحلیل تطبیقی متعارفی (CCA) بررسی شد. نتایج نشان داد که نرخ تنفس میکروبی خاک به طور معنی‌داری در دوره مرطوب (بهار) بیشتر است. تیپ ویول خالص با میانگین 090/0 در طول سال بیشترین مقدار و تیپ مازوی خالص با مقدار 078/0 میلی‌گرم بر گرم خاک در روز کمترین مقدار تنفس میکروبی را داشتند. رطوبت خاک نسبت به دمای خاک همبستگی بیشتری را با تنفس میکروبی خاک نشان داد، همچنین تفاوت معنی‌داری در تنفس میکروبی خاک بین تیپ‌های جنگلی مشاهده نشد. نتایج پوشش گیاهی نشان داد خانواده‌های Asteraceae ،Fabaceae و Poaceae به ترتیب بیشترین تعداد گونه‌های گیاهی را به خود اختصاص داده‌اند. تروفیت‌ها و همی‌کریپتوفیت‌ها به ترتیب بیشترین درصد حضور را داشتند و مهم‌ترین گروه‌های کرولوژیک منطقه عناصر رویشی ایران -تورانی بودند. نتایج تجزیه واریانس، همبستگی و رج‌بندی پوشش گیاهی نشان داد که تفکیک تیپ‌های رویشی و پراکنش گونه‌ها در زاگرس شمالی به‌طور عمده تحت تاثیر بافت خاک، سدیم، ماده آلی، پتاسیم و فسفر بود. یافته‌های ما نشان داد که ترکیبی از ویژگی‌های شیمیایی خاک به جای یک عامل واحد ممکن است تغییرات تنفس خاک را تنظیم کند که ارزیابی تنفس خاک را پیچیده می‌کند. اگرچه این یافته‌ها به رفع برخی شکاف‌ها در مطالعه تنفس خاک در اکوسیستم‌های جنگلی مختلف تحت شرایط آب و هوایی فعلی کمک می‌کنند، بااین‌حال، الگوی عرضه و توزیع کربن خاک هنوز هم به طور دقیق مشخص نیست. با توجه به مکمل بودن فرآیند گرمایش جهانی و چرخه کربن ممکن است چرخه کربن نسبت به زمان حال اختلال بیشتری را تجربه کند؛ بنابراین، تحقیقات بیشتر باید بر روی عوامل محرک تنفس اتوتروف و تنفس هتروتروف متمرکز شود و باید واکنش میکروارگانیسم‌ها به تغییرات آب و هوایی بررسی شود.

چالش‌های زیست محیطی و اقتصادی ناشی از کاربرد کودهای نیتروژن در کشاورزی، سبب افزایش توجه به کارایی مصرف نیتروژن (NUE) شده است. در سال‌های اخیر، استفاده از اصلاح‌کننده‌های خاک، مانند زئولیت، جهت بهبود ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک و افزایش کارایی مصرف نیتروژن مورد توجه قرار گرفته است. هدف از این پژوهش بررسی اثر سطوح مختلف زئولیت کلینوپتیلولیت و کود نیتروژن بر ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک، کارایی مصرف نیتروژن، رشد، عملکرد و تغذیه ذرت (رقم Ksc 260) در شرایط مزرعه بود. این پژوهش به صورت کرت‌های خرد شده بر پایه بلوک‌های کامل تصادفی و در سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه کردستان انجام شد. تیمارهای آزمایشی شامل کاربرد زئولیت کلینوپتیلولیت در چهار سطح (صفر، 5، 10 و 15 تن در هکتار) به‌عنوان کرت اصلی و کاربرد نیتروژن در پنج سطح (صفر، 50، 100، 150 و 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) به‌عنوان کرت فرعی بودند. در پایان فصل داشت، برخی از ویژگی‌های رشدی گیاه (سطح برگ، طول بلال و قطر بلال)، غلظت عناصر غذایی برگ، عملکرد و اجزای عملکرد (دانه) اندازه‌گیری شد. همچنین وزن مخصوص ظاهری، مقاومت در برابر نفوذ ریشه، ظرفیت تبادل کاتیونی خاک و غلظت عناصر غذایی در خاک اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که در اثر کاربرد 10 و 15 تن زئولیت در هکتار، ظرفیت تبادل کاتیونی خاک، غلظت نیتروژن کل خاک، غلظت نیتروژن برگ، شاخص سطح برگ، طول بلال، عملکرد دانه و کارایی مصرف نیتروژن به طور معنی‌داری افزایش یافت. در حالی‌که وزن مخصوص ظاهری خاک و مقاومت در برابر نفوذ ریشه کاهش یافت. بیشترین عملکرد دانه در تیمارهای کاربرد توام 150 و 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار با 10 و 15 تن زئولیت در هکتار بود. تفاوت معنی داری بین عملکرد دانه در این تیمارها وجود نداشت. همچنین نتایج نشان داد بین دو سطح کاربرد کود نیتروژن (150 و 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) تفاوت معنی‌داری از نظر مقدار عملکرد دانه وجود نداشت در حالی‌که کارایی مصرف نیتروژن (NUE) در تیمار 150 کیلوگرم نیتروژن در هکتار به‌طور معنی‌داری بیشتر از تیمار 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار بود. می‌توان نتیجه‌گیری کرد که استفاده توام از زئولیت (در سطح 10 تن در هکتار) و نیتروژن (150 کیلوگرم در هکتار) می تواند راه‌کار مناسبی برای بهبود ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی خاک و وضعیت تغذیه‌ای گیاه و همچنین افزایش کارایی مصرف نیتروژن (NUE) و افزایش رشد و عملکرد ذرت باشد.

یکی از مسائل مهم در مدیریت پایدار خاک به منظور تولید هرچه بیشتر محصولات کشاورزی و حفظ منابع طبیعی، ارزیابی کیفیت خاک است. در این راستا استفاده از شاخص های کیفیت، ابزار مفیدی برای تعیین و مورد مقایسه قرار دادن این خصوصیت در خاک ها می باشد. این شاخص ها، مجموعه ای از ویژگی های قابل اندازه گیری خاک هستند که گنجایش آن برای تولید محصولات کشاورزی یا عملکرد زیست محیطی را تحت تاثیر قرار می دهند و به تغییر کاربری اراضی، مدیریت یا عملیات حفاظتی حساس هستند. از سوی دیگر استفاده از تــصاویر ماهواره ای و سامانه های اطلاعــات جغرافیایی به منظور تلفیق نقشه های مکانی مختلـف مربوط به یک منطقه خاص و استخراج اطلاعات مورد نیاز برای اتخاذ تصمیم های بهینه، به جزء جدایی ناپذیر مدیریت پایدار اراضی تبدیل گشته اند. به طور کلی هدف از انجام این پژوهش ارزیابی کیفیت خاک با استفاده از مدل های کمی، اطلاعات سنجش از دور و شبکه های عصبی مصنوعی در حوضه ی آبخیز سد گاوشان در استان کردستان است که نقشه های خاک طراحی شده ی حاصل از آن، جهت بر آورد کیفیت خاک منطقه می توانند به تصمیمات مدیریتی منابع آب و خاک کمک شایانی نمایند. بدین منظور تعداد 200 نمونه خاک از لایه ی 30-0 سانتی متری سطح خاک در حوضه ی آبخیز سد گاوشان به مساحت 206000 هکتار از کاربری های مختلف به دو صورت دست خورده و دست نخورده و به روش تصادفی جمع آوری گردید. پس از آن نمونه ها جهت انجام آزمایش های فیزیکی و شیمیایی لازم به آزمایشگاه منتقل گشتند و تعداد 8 پارامتر فیزیکوشیمیایی از جمله؛ هدایت هیدرولیکی، جرم مخصوص ظاهری، پایداری خاکدانه، نیتروژن کل، فسفر قابل دسترس، پتاسیم قابل دسترس، ماده آلی و pH (واکنش خاک) اندازه گیری شدند. سپس ارزیابی کیفیت خاک بر اساس روش شاخص کیفیت تجمعی (IQI) انجام شد. در مرحله بعد با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مدلی برای برآورد شاخص کیفیت تجمعی خاک به وسیله شاخص های کمکی شامل؛ شاخص طول و عرض جغرافیایی، شیب، جهت شیب، ارتفاع، شاخص خیسی توپوگرافی (TWI)، شاخص تفاوت پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) و بارندگی به دست آمد. سپس با استفاده از مدل به دست آمده و به کمک نرم افزارهای Matlab و ArcGIS نقشه های شاخص کیفیت خاک و درجه ی کیفیت خاک منطقه ترسیم شدند. نتایج بدست آمده نشان داد که شبکه های عصبی مصنوعی کارایی نسبتاً خوبی در برآورد مکانی شاخص کیفیت خاک منطقه دارند. بر پایه این نتایج 6/15 درصد از خاک های حوزه از نظر کیفیت در کلاس خیلی خوب (شاخص کیفیت خاک مساوی یا بزرگتر از 78/0)، 9/28 درصد در کلاس خوب (شاخص کیفیت خاک بین 68/0 تا 78/0)، 1/8 درصد در کلاس متوسط (شاخص کیفیت خاک بین 58/0 تا 68/0) و 4/47 درصد در کلاس ضعیف (شاخص کیفیت خاک مساوی یا کمتر از 58/0) قرار می گیرند.

فرسایش خاک مهم ترین شکل تخریب منابع خاک و منبع آلودگی های غیرنقطه ای به شمار می رود. هنگامی که مقدار فرسایش خاک از مقدار قابل تحمل تجاوز کند طیف وسیعی از مشکلات زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی رخ می دهد. با توجه به این که نقشه ی فرسایش قابل تحمل خاک یکی از مهم ترین نقشه ها برای تعیین برنامه های حفاظت از خاک می باشد، هدف از این تحقیق تهیه ی نقشه ی فرسایش قابل تحمل خاک در حوضه ی آبخیز است که بر مبنای عمق وکیفیت خاک و بر اساس شبکه عصبی مصنوعی مقدار فرسایش قابل تحمل خاک تعیین گردید. در این پژوهش 200 نمونه خاک از لایه ی 30-0 سانتی متری سطح خاک در حوضه ی آبخیز سد گاوشان به مساحت 206000 هکتار از کاربری های مختلف شامل کشاورزی و مرتع جمع آوری گردید و مجموعه ای از ویژگی های مهم و اساسی خاک شامل هدایت هیدرولیکی خاک، جرم مخصوص ظاهری خاک، پایداری خاکدانه ها، ماده آلی خاک، نیتروژن کل، فسفر و پتاسیم قابل جذب و pH اندازه گیری شد. پس از به دست آوردن این پارامترها با استفاده از دو مدل تابع عضویت متقارن و نامتقارن (نامتقارن به راست و نامتقارن به چپ) و عامل وزنی هرکدام، شاخص کیفیت تجمعی خاک ها برآورد گردید. سپس هر خاک بر اساس شاخص کیفیت به دست آمده به یکی از سه گروه شامل گروه 1 با مجموع امتیاز بین 0 و 33/0، گروه 2 با مجموع امتیاز بین 34/0 و 66/0 و گروه 3 با مجموع امتیاز بیش از 66/0 تفکیک شد. در نهایت با استفاده از دستورالعمل توسعه یافته توسط سرویس حفاظت خاک آمریکا مقدار فرسایش قابل تحمل خاک های مختلف برآورد شد. در گام بعدی با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی مدلی برای برآورد شاخص کیفیت تجمعی خاک به کمک شاخص های توپوگرافی (شامل درجه شیب، جهت شیب، شاخص خیسی و ارتفاع)، بارندگی، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده (NDVI) و طول و عرض جغرافیایی نقاط نمونه برداری به دست آمد. با استفاده از مدل به دست آمده و با در دست داشتن نقشه ی خاک های منطقه، نقشه ی مقدار فرسایش قابل تحمل خاک های منطقه ی مورد مطالعه تهیه شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مدل استفاده شده با استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی به همراه شاخص های توپوگرافی و داده های سنجش از دور از کارآیی نسبتاً خوبی برای برآورد فرسایش قابل تحمل خاک برخوردار است.

رطوبت خاک یک متغیر کلیدی در درک سیستم آب و هوا از طریق کنترل آن بر انرژی سطح زمین ، تقسیم بودجه آب و چرخه کربن است. علاوه بر این ، از آن به عنوان شاخص بلایای طبیعی مانند سیل ، خشکسالی ، طوفان گرد و غبار و فرسایش استفاده می شود. بنابراین توزیع مکانی و زمانی این متغییر و درک آن از اهمیت به سزایی برخوردار بوده و می تواند از بسیاری از اتفاقات و فاجعه های زیست محیطی جلوگیری نماید. در این پژوهش ابتدا رابطه ای میان شاخص های وابسته به رطوبت خاک و مقادیر واقعی رطوبت خاک محاسبه می شود. این مدل در اندازه پیکسل های تولیدات رطوبت خاک سنجنده SMAP که تولیدات Smap / 1-Sentinel با قدرت تفکیک مکانی 9 کیلومتر را ارائه می دهند، آموزش داده می شود. برای این منظور، مقادیر بازتابش باند قرمز، بازتابش باند مادون قرمز نزدیک، مقادیر شاخص پوشش گیاهی NDVI و EVI و مقادیر شاخص NDWI از سنجنده 2-Sentinel به دست آمدند و به عنوان داده های اپتیکی مورداستفاده قرار گرفتند. شاخص ها و ویژگی های ذکرشده، تمامی وابسته به مقادیر رطوبت خاک هستند. همچنین مقادیر بازپراکنش راداری ثبت شده در سه قطبش همگن و غیر همگن، و در دو گذر مختلف پایین گذر و بالا گذر، به عنوان مشاهدات راداری مایکروویو فعال در نظر گرفته شدند. درنهایت مقادیر دمای سطح سنجنده MODIS نیز به عنوان مقادیر حرارتی وابسته به رطوبت خاک مورداستفاده قرار گرفتند. به این ترتیب رطوبت توسط مدل با قدرت تفکیک 9 کیلومتری محاسبه شده و با رطوبت 9 کیلومتری ماهواره ای برای انتخاب بهترین مدل مقایسه شد و بهترین مدل توانست با ضریب همبستگی 0.9 و ضریب تبیین 0.82 بدست آید. که باید رطوبت مدل با رطوبت میدانی اندازه گیری شده مقایسه شود. با توجه به تفاوت در قدرت تفکیک مکانی تمامی این تولیدات، ما قدرت تفکیک مکانی 250 متر را برای برآورد مقادیر رطوبت خاک در نظر گرفتیم. سپس مدل آموزش داده شده بر روی داده های راداری، حرارتی و مرئی پیاده سازی می شوند تا رطوبت خاک در اندازه پیکسل های 250 متری محاسبه شوند مدل به دست آمده برای تشکیل نقشه رطوبت خاک در قدرت تفکیک مکانی 250 متری مورد استفاده قرار گرفت. روش پیشنهادی قادر بود رطوبت خاک را با ضریب همبستگی 0.59، مقادیر RMSE برابر با 0.11، مقادیر بایاس 0.08 و مقدار ub-RMSE برابر با 0.054 محاسبه کند. این موضوع نشان می دهد که روش پیشنهادی دارای دقت قابل قبولی است.

در سال های اخیر استفاده از سیستم های خاک ورزی حفاظتی در ایران توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این مطالعه به منظور بررسی اثرات سیستم های مختلف خاک ورزی بر روی ویژگی های مختلف خاک و نیز عملکرد گندم دیم انجام شد. بدین منظور آزمایشی 5 ساله در ایستگاه تحقیقاتی سارال در استان کردستان در قالب طرح کرت های نواری انجام شد. تیمارهای اصلی این طرح عبارت بودند از: نوع سیستم خاک ورزی در سه سطح خاک ورزی سنتی، کم خاک ورزی، بدون خاک ورزی و تیمارهای فرعی عبارت بودند از: سه نوع تناوب مختلف گلرنگ، ماشک و نخود هر کدام با گندم. عامل اصلی و فرعی در سه تکرار در قالب طرح مربع لاتین و بلوک های کامل تصادفی در مجموع 27 کرت اجرا گردید. در سال چهارم طرح، ویژگی های مختلف خاک ها شامل جرم مخصوص ظاهری، جرم مخصوص حقیقی، تخلخل، آب قابل استفاده، نفوذ پذیری، مادۀ آلی، ازت کل، عناصر ماکرو، عناصر میکرو، عناصر ثانویه، تنفس میکروبی، EC و pH اندازه گیری شد. در این میان نفوذ پذیری در کل پروفیل خاک و سایر ویژگی ها در 15-0 سانتی متری خاک در 27 نمونه خاک برداشته شده از هر کرت، اندازه گیری شد. مقدار عملکرد گیاه گندم در کرت های مختلف آزمایشی نیز اندازه گیری گردید. علاوه بر این کیفیت خاک ها با استفاده از شاخص کیفیت نمرو محاسبه گردید. نتایج بدست آمده نشان داد که سیستم های خاک ورزی حفاظتی نسبت به خاک ورزی سنتی باعث کاهش معنی دار جرم مخصوص ظاهری، افزایش معنی دار رطوبت ظرفیت زراعی، رطوبت نقطه پژمردگی دائم، تخلخل و آب قابل استفاده شده است. همچنین تیمارهای اثرات متقابل خاک ورزی- تناوب نیز دارای اثر معنی داری بر روی جرم مخصوص ظاهری، رطوبت ظرفیت زراعی، رطوبت نقطه پژمردگی دائم و آب قابل استفاده گیاه بودند. بر اساس نتایج بدست آمده، اثر تیمارهای آزمایشی برروی ویژگی های شیمیایی خاک تاثیر معنی داری نداشت، هرچند که تا حدودی باعث بهبود این پارامترها گردید. تنفس میکروبی در خاک های تحت سیستم های خاک ورزی حفاظتی افزایش معنی داری از خود نشان داد که می توان آن را به افزایش ناشی از فعالیت میکروارگانیسم های خاک نسبت داد. شاخص کیفیت خاک نمرو در تیمارهای خاک ورزی حفاظتی نسبت به خاک ورزی سنتی بهبود یافته است. تیمارخاک ورزی و تناوب بر روی عملکرد گندم اثر معنی داری داشت، در حالی که تیمار خاک ورزی، اثرات متقابل خاک ورزی- تناوب بر عملکردگندم تاثیر معنی دار نداشت.

توسعه سیستم های کشاورزی پایدار در سال های اخیر مورد توجه بوده است. حفظ یا افزایش کیفیت خاک برای پایداری کشاورزی بسیار مهم است. کاربرد زئولیت به عنوان یک بهساز معدنی به تنهایی و یا همراه با دیگر اصلاح کننده های خاک (آلی و معدنی)، می تواند به طور مستقیم یا غیر مستقیم، بر شاخص های کیفیت خاک تاثیر بگذارد. این پژوهش با هدف بررسی اثر زئولیت طبیعی کلینوپتیلولیت بر برخی شاخص های کیفیت خاک و همچنین شاخص های رشد و تغذیه گیاه گندم انجام شد. بدین منظور، آزمایشی در قالب طرح کرت های خرد شده با پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه کردستان واقع در دهگلان طرح ریزی شد. تیمارهای مورد مطالعه در این پژوهش شامل زئولیت طبیعی در چهار سطح صفر، 5، 10 و 15 تن در هکتار به عنوان کرت های اصلی و مقادیر نیتروژن در پنج سطح صفر، 50، 100، 150 و 200 کیلوگرم در هکتار به عنوان کرت های فرعی بودند. شایان ذکر است که اصلاح کننده زئولیت در سال 1397 استفاده شده و با لایه سطحی خاک مخلوط گردید. این آزمایش در سال 1398 بدون اضافه شدن هیچ زئولیتی تکرار شد. این مزرعه در سال اول پژوهش تحت کشت سیب زمینی و در سال دوم تحت کشت گندم قرار گرفت. نتایج حاصل در سال دوم نشان داد که جرم مخصوص ظاهری (ρb)، جرم مخصوص حقیقی (ρp)، تخلخل کل (n)، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (Ks)، هدایت الکتریکی (EC) و واکنش خاک (pH) به طور قابل توجهی تحت تاثیر زئولیت، نیتروژن و همچنین بر همکنش آن ها قرار گرفتند. مشخص گردید که در مقایسه با سال اول پژوهش، ویژگی-های فیزیکی و شیمیایی خاک با کاربرد زئولیت در سال دوم نیز بهبود یافته است. نتایج همچنین نشان داد که کاربرد زئولیت و نیتروژن به تنهایی و یا در ترکیب با یکدیگر بر پروتئین دانه، وزن هزار دانه، تعداد سنبله، تعداد دانه، تعداد دانه در سنبله، عملکرد اقتصادی، عملکرد بیولوژیک، شاخص برداشت اثر معنی داری داشته، و لیکن تاثیر آن ها بر غلظت کلروفیل معنی داری نبود. صفات زراعی بهبود یافته و افزایش پتانسیل تولید دانه ناشی از استفاده از زئولیت را می توان به بهبود شاخص های کیفیت خاک و همچنین افزایش جذب نیتروژن ارتباط داد. زئولیت احتمالاً باعث افزایش نگه-داشت –NH4+ N در خاک و جلوگیری از آبشویی –NO3‒ N به لایه های زیرین خاک می شود. به طور کلی، نتایج نشان داد که کاربرد ترکیبی زئولیت و نیتروژن در خاک باعث بهبود شاخص های کیفیت خاک و عملکرد دانه در گندم می شود.

کیفیت نامناسب بسیاری از خاک ها به دلیل ساختمان نامناسب، کمبود مواد مغذی و یا عدم توانایی نگهداشت آب، سبب محدودیت استفاده از آنها برای کشاورزی و رشد گیاه شده، اما با اصلاح و بهبود خصوصیات این خاک ها می توان تاحدودی بر این مشکل فائق آمد. امروزه بیوچار یکی از اصلاح کننده های آلی است که توجه برخی از پژوهشگران را به خود جلب نموده است. بیوچار یک ترکیب کربنی پایدار است که با استفاده از فرآیند پیرولیز از زیست توده و یا ضایعات کشاورزی تولید می شود. اثرات مثبت بایوچار در ترسیب کربن و کاهش اثرات گازهای گلخانه ای و همچنین تاثیر مثبت آن بر عملکرد محصول و چرخه ی مواد مغذی شناخته شده است. در این پژوهش، از بیوچار دو گونه کاه و کلش گندم و شاخه های هرس شده درخت چنار که در دو دمای 300 و 550 درجه سانتی گراد تولید شده بود، استفاده شد و تاثیر آن بر برخی خصوصیات فیزیکی شامل منحنی نگهداشت آب، هدایت هیدرولیکی اشباع و جرم مخصوص ظاهری و حقیقی و تخلخل کل خاک و خصوصیات شیمیایی شامل pH و EC بر روی خاک لوم شنی بررسی شد. این آزمایش گلدانی بصورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی به سه تکرار انجام گرفت. نمونه ها با بیوچار در پنج سطح صفر، 5/0، 1، 2 و 4 درصد (گرم بیوچار در 100 گرم خاک) تیمار شده و در شرایط بهینه دمایی و رطوبتی به مدت 6 ماه انکوباسیون شدند. نتایج نشان داد که استفاده از اصلاح گر بیوچار، خواص فیزیکی خاک را به طور قابل توجهی بهبود داده بود، به طوری که با افزایش سطح بیوچار میزان جرم مخصوص ظاهری خاک کاهش داشته و بالعکس تخلخل کل خاک افزایش یافت. نگهداشت آب خاک و مقدار آب قابل دسترس (AW) به صورت معنی داری افزایش یافت که با سطح تیمار بیوچار رابطه ی مستقیم و با دمای تولیدی بیوچار، رابطه ی عکس داشت. همچنین مقدار هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) در خاک تیمار شده با بیوچار افزایش یافته و با افزایش سطح تیمار بیوچار رابطه مستقیم نداشته و تاثیرات آن متغیر بود. در بررسی تاثیرات بیوچار بر خواص شیمیایی خاک، مقدار pH خاک کاهش و بالعکس مقدار EC افزایش یافت. در نهایت می توان نتیجه گرفت که اصلاح گر بیوچار، با خواص ویژه ی خود می تواند بعضی ویژگی های فیزیکوشیمیایی خاک ها را برای اهداف موردنظر بهبود بخشد.

در سال های اخیر، توسعه سیستم های کشاورزی پایدار مورد توجه قرار گرفته است که در این راستا کاربرد مواد معدنی طبیعی به منظور بهبود و اصلاح خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک، توصیه شده است. زئولیت ها، موادطبیعی، غیرسمی و ارزان قیمت بوده که به دلیل ویژگی های منحصر به فرد، اصلاح کننده مناسبی برای خاک و یا حامل مناسبی برای مواد غذایی گیاه می باشند. هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر زئولیت بر عملکرد سیب زمینی و برخی ویژگی های خاک در شرایط مزرعه می باشد. در این تحقیق آزمایش به صورت اسپلیت پلات در قالب بلوک های کامل تصادفی در 3 تکرار در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه کردستان واقع در دهگلان (35 کیلومتری سنندج) در خرداد 1397 انجام شد. تیمارهای مورد نظر عبارتند از: مقادیر زئولیت در چهار سطح (صفر، 5، 10 و 15 تن در هکتار) به عنوان کرت اصلی و مقادیر نیتروژن در پنج سطح (صفر، 50، 100، 150 و200 کیلو گرم نیتروژن در هکتار) به عنوان کرت فرعی، که کرت ها به مدت 5 ماه تحت کشت سیب زمینی قرار گرفته و به صورت بارانی آبیاری شد. نتایج این آزمایش نشان داد که زئولیت باعث کاهش جرم مخصوص ظاهری و حقیقی و افزایش pH، نیتروژن کل و ضریب آبگذری اشباع خاک شد ولی روی هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک تاثیر معنی داری نداشت. نیتروژن باعث افزایش هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک شد. همچنین تاثیر زئولیت و کود نیتروژن درگیاه باعث افزایش عملکرد غده، عملکرد بیولوژیک، متوسط وزن غده ها، ماده خشک غده، کربوهیدرات محلول کل غده و وزن غده های کمتر از 80 گرم، بین 80 تا 120 گرم، بین 120 تا 150 گرم و بزرگتر از 150 گرم شد. تاثیر تیمار زئولیت روی تعداد غده های کمتر از 80 گرم و بین 80 تا 120 گرم معنی دار شد ولی تاثیر تیمار کودی نیتروژن معنی دار نشد. همچنین تاثیر زئولیت و کود نیتروژن بر تعداد غده های بین 120 تا 150 گرم و تعداد غده های بزرگتر از 150 گرم معنی دار شد.

فعالیت های انسانی در زمینه های مختلف کشاورزی و صنعتی موجب افزایش روز افزون ضایعات می گردد. دفع و تخلیه نامناسب این ضایعات در محیط باعث ایجاد عوارض نامطلوبی برای محیط زیست می گردد. استفاده مناسب و کاربردی از این ضایعات موجب کاهش فشار بر محیط زیست خواهد شد. یکی از روش های موثر درکنترل و خنثی سازی اثرات نامطلوب این ضایعات و تبدیل آن ها به مواد قابل استفاده مانند بیوچار است. بیوچار محصول کربنیزه شدن زیست توده، نظیر چوب، برگ گیاهان، و بقایای کشاورزی در یک فضای بسته بدون هوا یا با هوای محدود و کنترل شده )تجزیه حرارتی) تحت حرارت شدید می باشد. هدف از این پژوهش ارزیابی تاثیر تیمار چند نوع بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم و شاخ و برگ هرس شدۀ درخت سیب در دماهای مختلف بر روی آبشویی نیترات در ستون های خاک است. برای تهیه بیوچار از ضایعات معمول کشاورزی در منطقه مانند کاه وکلش گندم و شاخ و برگ درخت سیب استفاده شد. بیوچار در دماهای 300 و 550 درجۀ سانتی گراد تهیه گردید. زمان تجزیۀ حرارتی برای بقایای کاه و کلش گندم در حدود 15 دقیقه در نظر گرفته شد. شیب حرارتی نیز در حدود 10 درجۀ سانتی گراد در دقیقه بود. بیوچار پس از تهیه شدن پودر شده و جهت استفاده در خاک از الک 2 میلی متری عبور داده شد. 4 ستون خاک با بافت لوم شنی آماده و به هر کدام از ستون ها 2درصد وزنی از بیوچارهای تهیه شده اضافه شد. یک ستون خاک بدون اضافه کردن بیوچار به عنوان شاهد در نظر گرفته شد. سپس ستون ها به مدت 24 ساعت با آب دی یونیزه اشباع شدند بعد به ترتیب با حدود 10 پوروالیوم آب دی یونیزه، 15 پوروالیوم محلول نیترات و پس از آن در مرحله آخر با حدود 10 پوروالیوم آب دی یونیزه آبشویی شدند. محلول خروجی به تمامی به صورت جزء به جزء از انتهای ستون های خاک جمع آوری شده و بلافاصله توسط کاغذ صافی 22/0 میکرومتر صاف شد؛ و سپس میزان نیترات هر عصاره به روش اسپکتوفتومتری اندازه گیری شد. به منظور بررسی رفتار بیوچارها در جذب نیترات آزمایش هایی دسته ایی در دمای ثابت )در حدود 22 درجه سانتیگراد) انجام شد. نتایج بدست آمده نشان داد که بیوچارهای استفاده شده باعث جذب نیترات و کاهش آبشویی آن در خاک شدند. هر چند که نوع ماده گیاهی استفاده شده برای تهیه بیوچار و درجه حرارت استفاده شده در فرآیند تولید بیوچار عامل بسیار مهمی در میزان جذب نیترات می باشد. بر اساس نتایج آزمایش های ستون های خاک و آزمایش های دسته ای بیوچار تولید شده با چوب سیب در دمای 300 درجه سانتی گراد دارای بیشترین توان جذب نیترات بود و پس از آن به ترتیب بیوچارهای تهیه شده با کاه و کلش گندم در دمای 550 درجه سانتی گراد و بیوچار تهیه شده با چوب سیب در دمای 550 درجه سانتی گراد قرار دارند. بیوچار تولید شده با کاه و کلش گندم در دمای 300 درجه سانتی گراد دارای کمترین توان جذب نیترات می باشد.

آبشویی عناصر غذایی از خاک باعث کاهش حاصل خیزی خاک، تسریع اسیدی شدن خاک، افزایش هزینه کود دهی برای کشاورزان، کاهش عملکرد و از همه مهم تر تهدیدی برای سلامتی محیط زیست خواهد شد. از این رو ارائه روش هایی موثر برای نگهداشت عناصر غذایی در خاک بسیار ضروری است. یکی از این روش ها برای کاهش آبشویی عناصر غذایی از خاک افزودن بیوچار به خاک است. بیوچار محصولی غنی از کربن می باشد که طی تجزیه حرارتیِ انواع چوب-ها، کودها، برگ ها، کاه و کلش و همچنین پسماندهای کشاورزی بدون حضور اکسیژن تولید می شود. هدف از این پژوهش ارزیابی تاثیر چند نوع بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم و شاخ و برگ هرس شدۀ درخت سیب بر روی آبشویی فسفات در ستون های خاک است. بیوچارها در دو دمای 300 و 550 درجه سلسیوس تهیه شد. 4 ستون خاک با بافت لوم شنی آماده و به هر کدام از ستون ها 2درصد وزنی از بیوچارهای تهیه شده اضافه شد و یک ستون خاک بدون اضافه کردن بیوچار به عنوان شاهد در نظر گرفته شد. ستون ها به مدت 24 ساعت با آب دی یونیزه اشباع شد و سپس به ترتیب با حدود 15پوروالیوم آب دی یونیزه، 15 پوروالیوم محلول فسفات و پس از آن در مرحله آخر با حدود 10 پوروالیوم آب دی یونیزه آبشویی شدند. محلول خروجی به تمامی به صورت جزء به جزء از انتهای ستون های خاک جمع آوری شده و بلافاصله توسط کاغذ صافی 22/0 میکرومتر صاف شد؛ و سپس میزان فسفات هر عصاره اندازه گیری شد. نتایج به دست آمده نشان داد که 3 نوع از 4 نوع بیوچار استفاده شده (بیوچارهای تولید شده با کاه و کلش گندم در دمای 550 درجه سلسیوس و چوب سیب در دمای (300 و 550 درجه سلسیوس) باعث کاهش جذب فسفات در خاک نسبت به خاک فاقد بیوچار (شاهد) شدند. تنها در ستون حاوی خاک تیمار شده با بیوچار تولید شده از کاه و کلش گندم در دمای 300 درجه سلسیوس جذب فسفات نسبت به ستون شاهد افزایش یافته است. میزان رها سازی فسفات در خاک در بیوچار تهیه شده با کاه و کلش گندم در دما 550 درجه سلسیوس از سایر بیوچارها بیشتر بود. از آنجایی که در بیشتر خاک ها فسفات در اثر جذب توسط کلوئیدهای خاک و یا رسوب آن به صورت ترکیبات نامحلول از دسترس گیاه خارج می شود، لذا این نوع بیوچارها را از این لحاظ می توان به عنوان یک عامل اصلاح کننده خاک در نظر گرفت. براساس نتایج به دست آمده نوع ماده گیاهی استفاده شده برای تهیه بیوچار و درجه حرارت استفاده شده در فرآیند تولید بیوچار عامل بسیار مهمی در جذب یا رها سازی فسفات هنگام استفاده از این نوع بیوچارها در خاک است.

در مطالعات تناسب اراضی رابطه بین اراضی و نوع استفاده آن بر اساس اصل پایدار مشخص می شود و میزان تولید هم پیش بینی می شود. گندم آبی، یونجه و سیب زمینی از مهم ترین محصولات زراعی در استان کردستان می باشند که نفشه های تناسب اراضی و تولید پیش بینی شده می تواند به انتخاب بهترین واحد اراضی برای کشت این محصولات زراعی مهم کمک کند. هدف از این تحقیق تعیین شاخص تناسب اراضی و تولید پیش بینی شده برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی و تهیه نقشه آنها به دو صورت سنتی و زمین آماری می باشد. منطقه مورد مطالعه دارای مساحت 6500 هکتار می باشد که در منطقه قروه واقع شده است. ابتدا نقشه اجزاء اراضی به روش فیزیوگرافی ماهلر تهیه و سپس بر اساس آن 17 پروفیل شاهد خاک در هر اجزاء واحد اراضی حفر، تشریح و نمونه برداری شدند. علاوه بر این 105 نمونه اوگر در سه عمق (0-20، 20-50 و 50-100 سانتی متری) برداشت شد. در کل نمونه ها خصوصیات بافت خاک، اسیدیته، کربن آلی، کربنات کلسیم، گچ، ESP، ٍهدایت الکتریکی و سنگریزه اندازه گیری شد. با استفاده از خصوصیات اقلیم، خاک و توپوگرافی شاخص تناسب اراضی گندم آبی، یونجه و سیب زمینی محاسبه شد. سپس نقشه سنتی کلاس تناسب اراضی این محصولات بر اساس نقشه اجزاء واحد اراضی تهیه گردید. همچنین نقشه تناسب اراضی گندم آبی، یونجه و سیب زمینی با استفاده از تکنیک زمین آمار تهیه و دقت آن با نقشه سنتی مقایسه گردید. علاوه بر این تولید پتانسیل و پیش بینی شده گندم آبی، یونجه و سیب زمینی بر اساس مدل فائو محاسبه گردید. منطقه مورد مطالعه دارای حدود 88/34 ، 61/36 و 08/39 درصد کلاسN2 (به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی)، 72/21، 22/6 و 92/60 درصد کلاسN1 (به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی) و 40/43 ،17/57 و 0 درصد کلاس S3 (به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی) می باشد. محدودیت های اصلی منطقه برای کشت این محصولات عمدتاً توپوگرافی، سنگریزه و pH می باشد. میزان تولید پتانسیل به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی (01/9، 32/23 و 85/51 تن در هکتار) محاسبه شد. نتایج شاخص کاپا نشان داد که نقشه زمین آماری تناسب اراضی (24/0، 23/0 و 18/0 به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی) دارای دقت کمتری در مقایسه با نقشه سنتی تناسب اراضی (49/0، 46/0 و 36/0 به ترتیب برای گندم آبی، یونجه و سیب زمینی) می باشد. همچنین نتایج نشان داد که بیشترین مقادیر شاخص تناسب اراضی و تولید پیش بینی شده در واحدهای اراضی دشت دامنه ای و فلات مشاهده شد.

فرسایش خاک یک تهدید زیست محیطی جدی است. یکی از مدل های تجربی پرکاربرد برای تخمین فرسایش خاک معادلۀ جهانی فرسایش خاک بازنگری شده موسوم به مدل RUSLE می باشد. هدف از انجام این پژوهش تلفیق داده های بدست آمده از پیمایش صحرایی با داده های سنجش از دور جهت برآورد میزان فرسایش خاک با استفاده از مدل RUSLE در حوزۀ آبخیز سد گاوشان در استان کردستان بود. مقدار عامل فرسایندگی سالیانۀ باران با استفاده از داده های بارش ماهانۀ 11 ساله در 7 ایستگاه در اطراف حوضه محاسبه شد. سپس تغییرات مکانی آن با استفاده از کریجینگ معمولی برآورد شد. شاخص فرسایش پذیری خاک از نقشۀ خاک، که خود با استفاده از پیمایش صحرایی و داده های سنجش از دور تهیه شد، بدست آمد. عامل توپوگرافی از مدل رقومی ارتفاع با قدرت تفکیک مکانی30 متر استخراج شد. عامل پوشش گیاهی سالیانه نیز از داده های سنجش از دور برآورد شد. از آنجایی که در حوضه مورد مطالعه عملیات حفاظت خاک ناچیز است، مقدار عامل حفاظت خاک در سرتاسر حوضه 1 در نظر گرفته شد. نتایج بدست آمده نشان داد که متوسط مقدار فرسایش سالیانۀ خاک در این حوضه 33 تن در هکتار است. با این حال در نیمی از مناطق حوضه مقدار فرسایش سالیانه از 8/2 تن در هکتار کمتر است. نواحی با فرسایش خیلی زیاد در حدود 2/5 درصد از حوضه را در بر می گیرند که عمدتاً در شیب های زیاد در قسمت های جنوب غربی حوضه واقع شده اند. بر اساس نتایج بدست آمده درجۀ شیب مهمترین عامل کنترل کنندۀ شدت فرسایش خاک در این حوضه است.

نقش فرسایش خاک در کاهش حاصلخیزی خاک و تولید رسوب و پر شدن مخازن سدها از اهمیت فراوانی برخوردار است. به دلیل فقدان ایستگاه های هیدرولوژی در اکثر مناطق، خصوصاً ایران، به منظور محاسبه میزان فرسایش خاک و رسوب و رواناب تولید شده، از مدل سازی استفاده می شود. به همین منظور در این تحقیق میزان رواناب حوزه سد گاوشان با استفاده از مدل GeoWEPP در سه مقیاس زمانی الف) ماهانه ب) میانگین ماهانه در بلند مدت و ج) سالانه، شبیه-سازی شد. برای ارزیابی نتایج مدل از شاخص های نش ساتکلیف (NSE) و ضریب تبیین(R2) استفاده شد. نتایج نشان داد که مدل GeoWEPP در مقیاس ماهانه کارایی کمی در برآورد رواناب دارد، با این حال دقت آن در مقیاس میانگین ماهانه برای برآورد رواناب (59/1-NSE=، 14/0R2=) و رسوب (NSE<0) نسبت به مقیاس های دیگر بهتر بود. در گام بعد با توجه به تاثیر زیاد پارامترهای اقلیمی روی نتایج حاصل از مدل، مدل با استفاده از پارامترهای شدت بارندگی نیم ساعته و زمان پیک شدت بارش، واسنجی شد. نتایج بدست آمده حاکی از افزایش دقت مدل در هر سه مقیاس زمانی پس از واسنجی بود (NSE>0). در این حالت نیز کارایی مدل در مقیاس میانگین ماهانه برای رواناب (16/0NSE= و 45/0R2=) بیشتر از دیگر مقیاس ها بود. نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد در صورت انجام واسنجی می توان دقت قابل قبولی را از مدل GeoWEPP برای برآورد رواناب انتظار داشت.

فرسایش خاک یک تهدید زیست محیطی جدی برای توسعه پایدار و کشاورزی است که می تواند منجر به کاهش حاصلخیزی خاک، هدر رفت عناصر غذایی و کاهش عملکرد گیاهی در زمین های کشاورزی شود. از طرفی اندازه گیری رواناب و رسوب، به دلیل محدودیت های مالی و زمانی و شرایط سخت فیزیکی، همواره دشوار بوده است. به منظور مقابله با این مشکلات استفاده از مدل ها ضروری می نماید. از طرفی، بررسی صحت و دقت مدل هایی که در خارج از کشور طراحی شده اند، برای شرایط ایران الزامی است. هدف مطالعه حاضر بررسی کارایی مدل SWAT در برآورد دبی متوسط ماهانه رواناب و رسوب و واسنجی و اعتبارسنجی این مدل در حوضه آبخیز سد گاوشان است. برای این کار ابتدا پس از تهیه ورودی های موردنیاز مدل شامل اطلاعات هواشناسی، نقشه خاک و نقشه کاربری مقدار رسوب و رواناب برای بازه زمانی سال های 2015-2005 شبیه سازی شد. سپس نتایج به دست آمده با استفاده از دبی و رسوب مشاهداتی در ایستگاه هیدرومتری موردنظر در نرم افزار SWAT-CUP به روش SUFI-2 مورد آنالیز حساسیت، واسنجی و اعتبارسنجی قرار گرفت. معیار نش- ساتکلیف به عنوان تابع هدف در مرحله واسنجی (2011-2008) و اعتبارسنجی (2012-2013) برای دبی متوسط ماهانه به ترتیب 53/0 و 52/0، و برای غلظت رسوب 2/0- و 3/0- به دست آمد، که با توجه به معیارهای مورداستفاده در تحقیقات گذشته برای دبی متوسط ماهانه پذیرفتنی ارزیابی شد. با توجه به اینکه SWAT مدل مدیریتی است و برای رواناب در حوضه کارایی مقبولی داشته، پیشنهاد می شود در بررسی اثر اقدامات مدیریتی در حوضه آبخیز سد گاوشان از آن استفاده گردد.

تعیین دقیق هدایت هیدرولیکی اشباع (Ks) در مدل سازی جریان آب و انتقال املاح در خاک، طراحی سیستم های آبیاری و زهکشی، مدل سازی آب های زیر زمینی و فرایندهای زیست محیطی ضروری است. در تعیین Ks از روش های صحرایی و آزمایشگاهی مختلفی استفاده می شود. این روش ها چه در صحرایی و چه آزمایشگاه، پر هزینه، زمان بر و دشوار بوده و معمولاً به دلیل غیرهمگن بودن خاک و خطاهای آزمایشگاهی غیرقابل اعتماد می باشند. یکی از راهکارهای جایگزین جهت غلبه بر این مشکل، استفاده از روش های غیرمستقیم همچون توابع انتقالی خاک می باشد. در این پژوهش کارایی شبکه های عصبی مصنوعی و رگرسیون های آماری، با بهره گیری از ویژگی های زودیافت خاکی و داده های عوارض زمین، در تخمین Ks ارزیابی شد. جهت اشتقاق توابع، برخی از ویژگی های زودیافت خاکی و همچنین هدایت هیدرولیکی اشباع 95 نقطه مطالعاتی از زیرحوزه های آبخیز چرداول - چمشیر در استان ایلام با استفاده از پرمامتر گوالف اندازه گیری شد. داده های عوارض زمین این نقاط نیز با استفاده از مدل رقومی ارتفاع استخراج گردید. سپس اعتبار توابـع اشـتقاق یافتـه در تعیین هدایت هیدرولیکی اشباع خاک، با استفاده از جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطا (ME) و ضریب همبستگی پیرسون (r) ارزیابی شد. با توجه به نتایج، هدایت هیدرولیکی اشباع با میانگین هندسی قطر ذارت و مقدار شن دارای بیشترین همبستگی بود (به ترتیب دارای ضـرایب همبستگی 58/0 و 56/0). بین داده های عوارض زمین و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک همبستگی معنی داری (05/0p<) وجود نداشت. نتایج نشان داد که هدایت هیدرولیکی اشباع خاک می تواند با دقت متوسطی با استفاده از توابع انتقالی اشتقاقی توسط رگرسیون خطی چندگانه گام به گام برآورد شود (0.61 = r و RMSE=1.01 Ln (mm/hr)). نتایج همچنین بیان گر این موضوع بود که هدایت هیدرولیکی اشباع می تواند با استفاده از ویژگی های زودیافت خاکی توسط شبکه عصبی مصنوعی نیز پیش بینی شود (0.75 = r و RMSE=9.34 mm/hr). با توجه به نتایج، استفاده از داده های عوارض زمین به همراه ویژگی های زودیافت خاکی می تواند منجر به برآوردهایی دقیق تر از هدایت هیدرولیکی اشباع خاک گردد (0.86 = r و RMSE=4.09 mm/hr). این در حالی است که بهره گیری از داده های عوارض زمین به تنهایی در شبکه های عصبی برآوردهایی قابل قبول از هدایت هیدرولیکی اشباع خاک ندا

هدایت هیدرولیکی اشباع خاک یکی از مهم ترین ویژگی های هیدرولیکی خاک است که به شدت با مکان تغییر می کند. اندازه-گیری مستقیم هدایت هیدرولیکی اشباع سخت و زمان بر است. تلاش های زیادی جهت برقراری ارتباط میان پارامتر های زود یافت خاک مانند توزیع اندازه ذرات، مقدار ماده آلی، جرم مخصوص ظاهری و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک صورت گرفته است. هدف از این مطالعه ارزیابی دقت تعدادی از روش های درون یابی شامل روش های وزن دهی عکس فاصله (IDW)، اسپلاین، کریجینگ معمولی (OK) و کوکریجینگ معمولی (COK) برای برآورد تغییرات مکانی هدایت هیدرولیکی خاک، ارزیابی عملکرد برخی از توابع انتقالی بر اساس دقت پیش بینی آن ها در تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع و بهره گیری از شبکه عصبی مصنوعی بود. منطقۀ مورد مطالعه در دشت قروه در استان کردستان واقع شده است. نمونه برداری به روش سیستماتیک با فواصل 1000×1000 متر در 40 نقطه انجام گرفت. هدایت هیدرولیکی افق سطحی خاک ها در هر نقطه با استفاده از نفوذسنج گلف به روش بار مضاعف ( cm5 وcm 10) اندازه گیری شد. نتایج حاصل از اعتبارسنجی متقاطع برمبنای شاخص ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) نشان داد که روش کوکریجینگ با متغیرهای کمکی سیلت و جرم مخصوص ظاهری بیشترین دقت (cms-1 000586/0=RMSE) و روش اسپلاین (cms-1 000797/0=RMSE) کمترین دقت را داشتند. همچنین نقشۀ هدایت هیدرولیکی بدست آمده به روش کوکریجینگ نشان داد که بخش اعظم خاک های سطحی منطقۀ مورد مطالعه (%31/83) دارای هدایت هیدرولیکی نسبتاً زیاد ( cms-14-10-3-10) بودند که عمدتاً به کاربری کشاورزی اختصاص داشتند. سپس 10 تابع جهت ارزیابی انتخاب شدند. به منظور تعیین کیفیت پیش بینی ها از ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE)، ضریب همبستگی پیرسون (R) و نسبت خطای متوسط هندسی (GMER) استفاده شد. در نهایت توابع مورد ارزیابی بر اساس شاخص های ارزیابی رتبه بندی شدند. نتایج نشان داد که تابع رزتا بهترین تخمین را داشت، در حالی که تابع وریکن و همکاران (1990) و پاکت و همکاران (1985) ضعیف ترین عملکرد را داشتند. در نهایت با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی مدل های گوناگون طراحی شدند. سپس بهترین مدل بر مبنای کمترین میانگین مجموع مربعات خطا و بیشترین ضریب همبستگی انتخاب شد. نتایج نهایی مقایسه مدل ها نشان داد که بهترین مدل از نظر دقت و سرعت تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع مدلی

منحنی مشخصه رطوبتی خاک یکی از مهم ترین ویژگی های هیدرولیکی در مدل سازی انتقال آب و املاح در ناحیه غیر اشباع خاک است. از آنجا که اندازه گیری مستقیم منحنی مشخصه رطوبتی خاک، دشوار، زمان بر و پرهزینه بوده، روش هایی غیرمستقیم همچون توابع انتقالی و مدل های تجربی برای تعیین آن پیشنهاد شده است. در این پژوهش برای برآورد منحنی رطوبتی خاک از مدل های فرکتالی منحنی مشخصه رطوبتی بهره گرفته شده است. بنابراین، هدف از این پژوهش ارزیابی عملکرد برخی مدل های فرکتالی منحنی رطوبتی خاک همچون ریو و اسپوزیتو (1991)، تایلر و ویت کرافت (1990)، پرفکت (1999)، بیرد و همکاران (2000) و زو (2004) و مقایسه آن با مدل های تجربی بروکس و کوری (1964)، کمپل (1974) و ون گنوختن (1980) است. بدین منظور 52 نمونه خاک از اراضی کشاورزی دشت های قروه - دهگلان جمع آوری شده و کلاس بافتی آن ها شامل رس، لوم، لوم رسی، رس سیلتی، لوم رس سیلتی، لوم سیلتی و لوم شنی تعیین گردید. سپس معادله ی مختلف فرکتالی و تجربی نگه داشت آب در خاک بر داده های پتانسیل ماتریک و رطوبت حجمی هر نمونه خاک برازش داده شدند. برای ارزیابی کارایی معادله ها در تخمین رطوبت های حجمی از چهار آماره ی ضریب تبیین (R2)، جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، شاخص کارایی نش-ساتکلیف (E) و آماره آکائیک (AIC) استفاده شد. نتایج این پژوهش نشان داد که همه ی مدل های مورد مطالعه در برآورد منحنی نگه داشت آب در خاک دارای عملکردی مطلوب می-باشند. به طوری که مقادیر میانه ضریب تبیین (R2) آنها برای کلاس های بافتی مختلف بین 75/0 تا نزدیک به 00/1 متغیر می باشد. با توجه به نتایج، مدل های ون گنوختن (1980) و بیرد و همکاران (2000) بر اساس ضرایب تبیین و شاخص های نش-ساتکلیف بیشتر و جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده و آماره آکائیک کمتر به عنوان مناسب ترین مدل ها در برآورد منحنی رطوبتی خاک گزینش شدند. نتایج همچنین نشان داد مدل های ریو و اسپوزیتو (1991) و زو (2004) در برآورد منحنی رطوبتی خاک دارای ضعیف ترین عملکرد می باشند. هر چند باید در نظر داشت که میانگین R2 آن ها بیشتر از 75/0 و میانگین NRMSE آن ها نیز کمتر از 22 درصد می باشد. در مجموع با توجه به نتایج این پژوهش، دو معادله ی ون گنوختن (1980) و بیرد و همکاران (2000) برای پیش بینی منحنی رطوبتی خاک کلاس های بافتی رس، لوم، لوم رسی،

اندازه گیری مستقیم منحنی رطوبتی سخت و زمان بر است. تلاش های زیادی جهت برقراری ارتباط میان پارامترهای زود یافت خاک مانند توزیع اندازه ی ذرات، مقدار ماده ی آلی و جرم مخصوص ظاهری و منحنی رطوبتی خاک انجام گرفته است. این رابطه تحت عنوان توابع انتقالی شناخته می شود. هدف از این مطالعه ارزیابی عملکرد برخی از توابع انتقالی بر اساس دقت پیش بینی آن ها در تخمین منحنی رطوبتی خاک است. هشت تابع جهت ارزیابی انتخاب شدند که هفت تابع از آن ها پارامترهای مجهول معادلات منحنی رطوبتی را پیش بینی می کردند، درحالی که یکی از این توابع مقدار رطوبت را در پتانسیل های ماتریک مشخصی تخمین زد. به منظور تعیین کیفیت پیش بینی ها از میانگین ریشه ی مربعات خطا (RMSE)، ضریب همبستگی پیرسون (R)، نسبت خطای هندسی (GMER) و قدر مطلق میانگین خطا (ME) استفاده شد. درنهایت توابع مورد ارزیابی بر اساس شاخص های ارزیابی رتبه بندی شدند. نتایج نشان دادند که در پتانسیل های ماتریک پایین توابع RETC و ساکستون بهترین تخمین را داشتند در حالی که توابع قربانی و کایی-هیو ضعیف ترین عملکرد را داشتند. در پتانسیل های ماتریک بالا توابعRETC و گوپتا بهترین تخمین را داشتند، در حالی که توابع کایی-هیو و راجکایی ضعیف ترین عملکرد را داشتند. در تمامی پتانسیل های ماتریک توابعRETC و ساکستون بهترین تخمین را داشتند، در حالی که توابع راجکایی و کایی-هیو ضعیف ترین عملکرد را داشتند.

با توجه به نقش کربن آلی در حاصلخیزی خاک، جلوگیری از فرسایش خاک و ترسیب میزان دی اکسید کربن پیش بینی مقدار کربن آلی خاک از اهمیت خاصی برخوردار است. در این پژوهش کارایی تکنیکهای رگرسیون چندمتغیره خطی و غیر خطی گام به گام، شبکه عصبی مصنوعی و روشهای زمین آماری (کریجینگ معمولی، کوکریجینگ و وزندهی عکس فاصله) در پیشبینی مقدار کربن آلی خاک بررسی شد. بدین منظور 150 نمونه خاک از عمق 15-0 سانتیمتری دشت قروه-دهگلان در استان کردستان جمع آوری گردید. سپس توزیع اندازه ذرات و مقدار کربن آلی خاکها در آزمایشگاه اندازه گیری شد. شاخصهای توپوگرافی شامل ارتفاع، شیب، جهت شیب و شاخص خیسی با استفاده از نقشه ی رقومی ارتفاع (DEM) در محیط ArcGIS بدست آمدند. همچنین شاخصهای گیاهی شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی (NDVI) و شاخص پوشش گیاهی با تنظیم انعکاس خاک (SAVI) با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8 در محیط MATLAB بدست آمدند. نتایج نشان داد که کارایی شبکه عصبی مصنوعی (74/0 =R2) در تخمین مقدار ماده آلی خاک بیشتر از رگرسیون چندمتغیره خطی (37/0 =R2) و رگرسیون چندمتغیره غیرخطی (41/0 =R2) بود. همچنین نتایج حاصل از رگرسیون خطی و غیرخطی بیانگر آن بود که متغیرهای درصد رس و شاخص های پوشش گیاهی (NDVI) و SAVI) بیشترین همبستگی را با ماده آلی خاک داشته است (05/0 =α). اعتبارسنجی متقاطع روشهای درونیابی استفاده شده نشان داد که روش کوکریجینگ با متغیر کمکی درصد رس خاک (50/0 =RMSE) بیشترین دقت را نسبت به کریجینگ معمولی (54/0 =RMSE) و وزن دهی عکس فاصله (56/0 =RMSE) در درونیابی مقدار ماده آلی خاک داشته است.