رشته تحصیلی:کشاورزی

گرایش تحصیلی:آبیاری و زهکشی

مقطع تحصیلی:کارشناسی ارشد

تاریخ تصویب پروپوزال:

تاریخ دفاع:۲۱/۱۲/۹۲

تعداد صفحات: ۹۶

چکیده:
مصرف کود و آب آبیاری زیاد باعث شستشوی نیترات از زمین های کشاورزی و بروز اثرات زیانبار آبشویی نیتروژن می گردد. یکی از راه های اصلاح مدیریت آبیاری و کوددهی، استفاده از مدلهای ریاضی است که روند حرکت آب و املاح را در سیستم آب-خاک و گیاه به صورت کمی شبیهسازی میکنند. مدل NLEAP GIS 4.2نسخه جدید و توسعه یافته NLEAPمیباشد. که به منظور مدل کردن و سرنوشت نیتروزن در خاک های مختلف به کار می رود. در این تحقیق به منظور شبیه سازی حرکت نیترات در نیمرخ خاک، میزان هدر رفتن کود به صورت آبشویی نیتروژن توسط گیاه و تلفات گاز نیتروژن در منطقه توسعه ریشه ها با بهره گرفتن از مدل NLEAPGIS 4.2بررسی می شود. که در ان از داده های مربوط به مزرعه ARC2-14از اراضی تحقیقاتی نیشکر در واحد امیرکبیر(از واحدهای هفت گانه طرح توسعه نیشکر) استفاده شده است. عملیات اجرایی تحقیق در سال ۸۶-۱۳۸۵ در منطقه مذکور انجام پذیرفته است. تیمارهای اعمال شده شامل آبیاری کامل (I3) و ۸۵ درصد (I2) و ۷۰ درصد (I1) از آبیاری کامل می باشد و مقادیر کود ازته شامل ۱۵۰ کیلوگرم در هکتار (N1)، ۲۵۰ کیلوگرم در هکتار(N2) و ۳۵۰ کیلوگرم در هکتار (N3) کود اوره بوده است. مدل NLEAP GIS 4.2با مقایسه مقادیر اندازه گیری شده غلظت نیترات در پروفیل خاک و مقادیر پیش بینی شده در طول دوره تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفت و نتایج به دست آمده از آن با مدل LEACHMکه قبلا در توسعه نیشکر و صنایع جانبی خوزستان انجام شده بود، مقایسه گردید. پارامترهای مذکور به وسیله مدل از اردیبهشت تا شهریور ۱۳۸۶ مورد شبیه سازی قرار گرفت. دامنه تغییرات پارامترهای AEو RMSEو R2 برای برآورد غلظت نیترات در نیمرخ خاک به تربیت در بازه های ۱٫۴- تا ۲٫۳ و ۱٫۷- تا ۳ و ۰٫۳ تا ۰٫۹۹ می باشد. به طور کلی مدل مقادیر غلظت نیترات خاک را کمتر از مقدار واقعی برآورد کرده است. نتایج این تحقیق نشان داد که مدلNLEAP GIS 4.2غلظت نیترات خاک را با روالی منطقی پیش بینی کرده است. همچنین نتایج شبیه سازیمقدار شستشوی نیترات از خاک و تلفات گازی شدن نیتروژن نیز یک برآورد منطقی بوده است اما مدل NLEAP GIS 4.2 در برآورد مقدار نیتروژن جذب شده به گیاه با مقدار واقعی تفاوت محسوسی دارد.
(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت nefo.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

واژه های کلیدی:آبیاری و کوددهی- غلظت نیترات در خاک- شستشوی نیترات از خاک- تلفات گازی نیتروژن- جذب گیاه- مدل NLEAP GIS 4.2

مقدمه

اهمیت مساله
رشد چشمگیر جمعیت جهان و تقاضای روز افزون برای مواد غذایی از چالشهای مهم سده حاضر است. یکی از مهمترین دستاوردهای نیمه دوم قرن بیستم، افزایش تولید غذا به موازات افزایش جمعیت انسان ۵۲/۲ میلیارد نفر در سال ۱۹۵۰ به ۶ میلیارد نفر در حال حاضر بوده است. برای تأمین تقاضای فزاینده مواد غذایی، راهی جز افزایش سطح زیرکشت و یا افزایش تولید در واحد سطح وجود ندارد. استفاده از کودهای شیمیایی و ارقام پر محصول به عنوان دو راه ممکن برای افزایش تولید در واحد سطح مطرح میباشند. در بیشتر مناطق ارقام پرمحصول که با شرایط آب و هوایی آن مناطق سازگار باشند شناسایی و به کار گرفته شدهاند. بنابراین در حال حاضر مصرف کودهای شیمیایی به عنوان یکی از عوامل اثرگذار برافزایش عملکرد مطرح میباشد.
کود نیتروژنه به دلیل تأثیر بر رشد رویشی ریشه و اندامهای هوایی گیاه، بیش ازدیگر منابع کودی مورد توجه کشاورزان، کارشناسان و پژوهشگران قرار گرفته است. به همین دلیل کشاورزان تمایل زیاد به مصرف آن دارند. اطلاعات آماری نشان میدهد که مصرف کودهای نیتروژنه در کشورهای در حال توسعه به سرعت در حال رشد بوده و ایران ، مصر و ترکیه ۷۵ درصد از مصرف کود نیتروژن در خاور نزدیک را به خود اختصاص داده اند.(کاویانی و همکاران، ۱۳۸۹)
از دیدگاه پژوهشی، کاربرد کودهای نیتروژنی صرف نظر از تأثیر بر عملکرد، به دلیل تأثیرگذاری بر کیفیت محصول و امکان ایجاد آلودگیهای زیست محیطی اهمیت فراوان دارد. مصرف مازاد کودهای نیتروژنی موجبات آبشویی کود را فراهم میآورد. تلف شدن نیتروژن به وسیله آبشویی به خصوص به صورت نیتروژن نیتراتی اتفاق میافتد. نیترات به دلیل داشتن بار منفی، توسط رس جذب نمیشود و به آسانی همراه با آب آبیاری از لایه های بالایی شسته شده و به اعماق خاک راه می یابد. یکی از شاخصهای مهم آلودگی منابع آبهای سطحی، زیرزمینی و زه آب جاری در شبکه های زهکشی کشاورزی، حضور نیترات میباشد که براثرکاربرد انواع کودهای شیمیایی و آلی(دامی و انسانی)، تجزیه گیاهان و دیگر باقی مانده های آلی خاک و تخلیه نامناسب فاضلاب به وجود می آید. حد آستانه مجاز میزان نیترات برای تخلیه به آب های سطحی براساس استاندارد سازمان محیط زیست ایران ۵۰ میلی گرم بر لیتر میباشد. در طول سه دهه اخیر غلظت نیترات در آب زیرزمینی در برخی قسمتهای ایران افزایش یافته و به بیش از ۵۰ میلی گرم در لیتر رسیده است.(کاویانی و همکاران، ۱۳۸۹)
نیشکر از جمله گیاهانی است که مادهتر زیادی تولید میکند و برای نیل به این هدف نیازمند مقادیر قابل توجهی آب و کود ازته می باشد. مصرف کود و آب آبیاری زیاد ممکن است منجربه شستشوی نیترات و آمونیوم از زمین های کشاورزی و کاهش قابل توجه کود نیتروژن گردد، تغییرات زیادی در این کاهش مشاهده و گزارش شده است (بهمنی و همکاران، ۱۳۸۸).
اصلاح مدیریت آبیاری و برنامه ریزی دقیق جهت استفاده بهینه از آب و کود در مناطق مختلف با کاربرد مدلهای ریاضی قابل اجراست. بهطوریکه در دهه های اخیر استفاده از مدلها به عنوان ابزار مدیریتی و تحقیقی روز به روز در حال توسعه است. مدلهای ریاضی، روند حرکت آب و املاح را در سیستم خاک-گیاه و اتمسفر به صورت کمی شبیه سازی میکنند(آنتونوپولس^۱، ۱۹۹۷) .
یکی از مدلهای شبیه سازی حرکت آب و املاح در خاک، مدل NLEAP است که توسط فلوت^۲ و روی^۳ شفر^۴ در سال ۱۹۹۱ برای مدیریت آب و املاح خاک در شرایط مرطوب و اراضی با سطح ایستایی کم عمق ارائه شده است ولی برای شرایط خشک و نیمه خشک نیز با موفقیت آزمایش شدهاست. و قادر به شبیهسازی غلظت نیترات در حاک و همچنین مقادیر آبشویی نیترات و جذب گیاه می باشد. مدل LEACHM که LEACHM-N یکی از زیر مدلهای آن است توسط هاتسون و واگنت^۵ (۱۹۸۹) تهیه شده است ^[۱] و یک مدل معین و یک بعدی است که حرکت آب و املاح و همچنین مواد بیولوژیکی و شیمیایی را در محیط غیر اشباع شبیه سازی می کند. این مدل می تواند در شرایط آزمایشگاهی و مزرعه ای مورد استفاده قرار گیرد و سرنوشت نیتروژن را در حالتهای مختلف جریان آب از قبیل حالت یکنواخت، متناوب و ناپایدار شبیه سازی کند (بهمنی، ۱۳۸۸).
در این تحقیق کارایی مدل NLEAP در شبیه سازی تغییرات غلظت نیترات در نیمرخ خاک تحت تنش آبی و شرایط مزرعه ای گیاه نیشکر مورد ارزیابی قرار گرفته است. در صورتی که با دقت قابل قبولی پارامترهای مذکور را شبیهسازی کند، ابزار مفیدی جهت مدیریت آب و کود در مزرعه خواهد بود.
اهداف تحقیق

• شبیهسازی غلظت NO₃-N در حالتهای مختلف رطوبتی و کودی و تعریف سناریوی جدید

• ارزیابی قابلیت مدل NLEAP در پیش بینی حرکت رطوبت و تجمع نیترات در خاک

• بررسی اثرات تنش در سطوح مختلف بر حرکت نیترات و عمل دنیتریفیکاسیون و هدررفت کود

• مقایسه نتایج حاصل از اندازه گیری صحرایی و مقادیر پیش بینی شده با بهره گرفتن از نرم افزار NLEAP و مقایسه آن با نتایج حاصل از مدل LEACHEM

شرح روش اجرای تحقیق
عملیات اجرای این پژوهش در سال ۸۶-۱۳۸۵ در مزرعه ARC2-14 در اراضی تحقیقاتی نیشکر در واحد کشت و صنعت امیرکبیر که یکی از واحدهای هفتگانه طرح توسعه نیشکر میباشد، صورت پذیرفته است(بهمنی، ۱۳۸۸). مدل NLEAP با مقایسه مقادیر اندازه گیری شده غلظت نیترات در نیمرخ خاک با مقادیر پیش بینی شده در طول دوره تحقیق مورد ارزیابی قرار می گیرد. میزان تطابق و هماهنگی میان مقادیر اندازه گیری شده و پیشبینی شده از لحاظ آماری محاسبه و مقایسه می شود.
ساختار پایان نامه
این پایان نامه شامل مقدمه وسه فصل مروری بر منابع، مواد و روشها، نتایج و بحث، و نتیجهگیری با ماهیت کاربردی- عملی نگارش یافته است
فصل مروری برمنابع به تحقیقات انجام شده توسط سایر محققین درباره بررسی حرکت نیتروژن در پروفیل خاک و نیترات خروجی از زه آب با بهره گرفتن از مدل NLEAP در ایران و سایر نقاط جهان، اختصاص پیدا کرده است.
در فصل مواد و روش ها به معرفی منطقه مورد مطالعه، نحوه اندازه گیری داده های صحرایی و نحوه برآورد داده های مورد نیاز مدل و روش اعتبار سنجی مدل پرداخته شده است.
فصل نتایج و بحث به نتایج به دست آمده از مدل NLEAP و مقایسه آن با نتایج حاصل از مدل LEACHM (بهمنی، ۱۳۸۸) اختصاص دارد و به جمع بندی نتایج به دست آمده از تحقیق و ارائه راهکارها و پیشنهادهای مناسب پرداخته شده است.

فصل اول: مرور منابع

۱-۱- مقدمه:

گسترش روش های مدیریتی کشاورزی که باعث کاهش اثرات زیست محیطی تولید محصولات کشاورزی شود، سالهای زیادی است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاست. امروزه کشاورزی پایدار امری حیاتی و جهانی است. مقوله پایداری در کشاوزی نه تنها امنیت تولید و دوام بی وقفه محصولات غذایی را تضمین می کند بلکه مسایل زیست محیطی و سلامت انسان را نیز مد نظر قرار می دهد. براساس تعریف فائو، توسعه پایدار عبارت است از مدیریت و حفاظت از منابع طبیعی پایه و جهت دادن به تغییرات فن آوری و سازمانی به گونه ای که پیوسته پاسخگوی نیازهای بشر برای زمان حال و همچنین نسل های آینده باشد(فائو^[۲]، ۱۹۹۰).
با وجود قحطیهای مقطعی در برخی نقاط دنیا، عرضه و تأمین غذا تاکنون نیازهای جمعیت رو به رشد جهان را برآورده ساخته است. بخشی از این موفقیت از طریق به زیر کشت در آوردن زمین های جدید بوده است اما از دهه ۱۹۵۰، عمده افزایش تولید محصولات غذایی ناشی از افزایش تولید در واحد سطح زمینهای کشاورزی بودهاست که بخشی از آن مرهون مصرف کودهای شیمیایی می باشد.
از میان عناصر مختلف مورد نیاز گیاه، نیتروژن عنصری است که برای تمامی فرایندهای حیاتی گیاه ضروری است. کاربرد کود نیتروژنه معمولا موجب افزایش سریع و مشهودی در رشد گیاه می شود و استفاده از کودهای نیتروژن برای افزایش بازدهی کشاورزی ضروری است. یکی از بزرگترین چالش های کشاورزی، افزایش کارایی مصرف نیتروژن^[۳] و بازآوری اراضی زمینهای زراعی و به طور همزمان به حداقل رساندن تلفات نیتروژن و پیامدهای نامطلوب آن میباشد.
کاربرد کودها و سموم نباتی باعث واردشدن مقادیر زیادی موادشیمیایی به اراضی کشاورزی میشود. وجود شبکه های زهکشی از یک سو موجب مهار شوری و ماندابی شدن خاک است، اما از سوی دیگر باعث میشود تا مواد شیمیایی توسط زهآب های سطحی یا زیرزمینی از اراضی خارج شده و به منابع آب بپیوندد و موجب آلوده شدن آنها شود. غلظت نیترات مجاز در آب شرب بین ۱۰ – ۵۰ میلی گرم بر لیتر است(راهنمای کیفیت آب آشامیدنی^[۴]، ۱۹۹۸). بنابراین غلظت نیترات یک معیار مهم از کیفیت آب زیرزمینی است و آگاهی از میزان غلظت این عنصر در منابع آب و خاک از اهمیت ویژه ای برخوردار است(وانگ^[۵] ، ۱۹۹۷)

۱-۲-تحقیقات انجام شده