وبلاگ

 فصل اول:مرور منابع

1-1- مقدمه. 7

1-2-تحقیقات انجام شده. 8

1-3-اهمیت نیتروژن.. 11

1-4-شکل های مختلف نیتروژن در خاک…. 11

1-4-1- نیتروژن موجود در مواد آلی خاک…. 11

1-4-2- نیتروژن غیر آلی.. 11

1-4-3- نیتروژن گازی موجود در خاک…. 12

1-5- چرخه نیتروژن در خاک…. 12

1-5-1- معدنی شدن.. 12

1-5-2- نیتریفیکاسیون.. 13

1-5-3- دنیتریفیکاسیون.. 13

1-5-4- تثبیت… 13

1-6- آبشویی نیتروژن.. 14

1-6-1- آبشویی نیترات… 14

1-6-2- آبشویی آمونیوم. 15

1-7- اثرات آبشویی نیتروژن.. 15

1-8- عوامل موثر بر آبشویی نیتروژن.. 16

1-8-1- مدیریت کودهای نیتروژنی.. 16

1-8-2- عملیات آبیاری.. 17

1-8-3- عملیات خاکورزی.. 17

1-8-4- گونه های گیاهی و چگونگی کشت آنها 18

1-9- روش های کود دهی.. 18

1-10- کود اوره. 18

1-11- نیشکر. 19

1-12- اهمیت مدل ها 19

فصل دوم: مواد و روش ها

2-1- مدلNLEAP. 22

2-1-1- تشریح مدل NLEAP GIS 4.2. 22

2-1-2- نحوه انتقال داده در NLEAP. 23

2-1-3- ورودیهای مدل NLEAP. 28

2-1-4- خروجی های NLEAP GIS 4.2. 30

2-2- واسنجی مدل.. 32

2- 2 -1-  روش اعتبار سنجی مدل.. 32

فصل سوم: نتایج و بحث

3-1 مقدمه. 38

3-2- بررسی روند تغییرات غلظت نیترات شبیه سازی شده در نیمرخ خاک توسط NLEAP. 39

3-2-1- بررسی روند تغییرات غلظت نیترات خاک خاک شبیه سازی شده در تیمار N1. 40

3-2-2- بررسی روند تغییرات غلظت نیترات خاک شبیه سازی شده در تیمار N2. 43

3-2-3- بررسی روند تغییرات غلطت نیترات خاک شبیه سازی شده در تیمار N3. 45

3-3- تلفات شستشو. 49

3-4- تلفات دینیتریفیکاسیون.. 52

3-5- جذب گیاه. 55

3-6- نتایج آنالیز آماری جذب نیتروژن ، شستشوی نیترات و هدررفت گازی.. 57

3-7- سناریوی جدید.. 60

3- 7-1-  شبیه سازی غلظت نیترات در خاک با تعریف سناریوی جدید کود با بهره گرفتن از مدلNLEAP. 60

3-7-2- تلفات شستشو در سناریوی جدید F ( 450 کیلوگرم اوره در هکتار). 61

3-7-3- تلفات دنیتریفیکاسیون در سناریوی جدید (450 کیلوگرم اوره در هکتار). 62

3-7-4- جذب نیتروژن به گیاه در سناریوی جدید(450 کیلوگرم اوره در هکتار). 63

 

3-8- نتیجه گیری.. 64

3-9- پیشنهادات… 66

منابع: 67

 

فهرست جداول

جدول2- 1) نقشه شماتیک تیمارهای اصلی و فرعی به صورت طرح آزمایشی (بهمنی، 1388). 36

جدول3- 1) غلظت اولیه نیترات  خاک اندازه گیری شده (بهمنی، 1388). 38

جدول3- 2) مقایسه آماری مقادیر نیترات شبیه سازی شده و اندازه گیری شده برای اعماق مختلف خاک در تیمار N1. 40

جدول3- 3) مقایسه آماری مقادیر نیترات شبیه سازی شده و اندازه گیری شده برای اعماق مختلف خاک در تیمار N2. 43

جدول3- 4)مقایسه آماری مقادیر نیترات شبیه سازی شده و اندازه گیری شده برای اعماق مختلف خاک در تیمار N3. 46

جدول3- 5) مقایسه بین مقادیر مشاهده ای و شبیه سازی شده در کل خاک و بین همه تیمارها 56

 

فهرست اشکال

شکل2- 1) پایگاه داده Access حاوی جداول سه گانه. 24

شکل 2-2) فایل های مورد نیاز مدل NLEAP. 25

شکل2- 3) فایل های مدل NLEAPجهت آنالیز در GIS. 26

شکل 2-4) انتخاب ترکیب خاک های مختلف با سناریو های مورد نظر. 27

شکل2- 5)دریافت اطلاعات هواشناسی از اینتزنت… 28

شکل 2- 6)اضافه کردن یک رویداد با بهره گرفتن از ایجاد کننده رویداد از طریق مدل NLEAP. 30

شکل2-7) خروجی نیتروژن در مدل NLEAP. 31

شکل 3- 1) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 60-30 سانتیمتری خاک در تیمار N1. 39

شکل 3- 2)مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 90-60 سانتیمتری خاک در تیمار N1. 39

شکل 3- 3) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 120-90 سانتیمتری خاک در تیمار N1. 40

شکل 3- 4 ) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 60-30 سانتیمتری خاک در تیمار N2. 42

شکل 3- 5) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 90-60 سانتیمتری خاک در تیمار N2. 42

شکل 3- 6)مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 120-90 سانتیمتری خاک در تیمار N2. 43

شکل 3- 7 ) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 60-30 سانتیمتری خاک در تیمار N3. 44

شکل 3- 8) مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 90-60 سانتیمتری خاک در تیمار N3. 45

شکل 3- 9)مقادیر شبیه سازی و اندازه گیری شده مقدار نیترات باقیمانده در عمق 120-90 سانتیمتری خاک در تیمار N3. 45

شکل 3-10)میزان شستشوی نیترات شبیه سازی شده توسط مدل NLEAP در ماه های رشد در تیمار I1. 48

شکل 3- 11(میزان شستشوی نیترات شبیه سازی شده توسط مدل NLEAP در ماه های رشد در تیمار I2. 49

شکل 3- 12)میزان شستشوی نیترات شبیه سازی شده توسط مدل NLEAP در ماه های رشد در تیمار I3. 49

شکل 3- 13)میزان تلفات گازی شبیه سازی شده نیتروژن ناشی از دنیتریفیکاسیون توسط مدل NLEAPدر تیمار I1. 51

شکل 3- 14)میزان تلفات گازی شبیه سازی شده نیتروژن ناشی از دنیتریفیکاسیون توسط مدل  NLEAPدر تیمار I2. 52

شکل 3- 15)میزان تلفات گازی شبیه سازی شده نیتروژن ناشی از دنیتریفیکاسیون توسط مدل NLEAPدر تیمار I3. 52

شکل 3- 16) میزان جذب نیترات شبیه سازی شده توسط NLEAPدر تیمارI1. 54

شکل 3- 17)میزان جذب نیترات شبیه سازی شده توسط NLEAPدر تیمارI2. 54

شکل 3- 18)میزان جذب نیترات شبیه سازی شده توسط NLEAPدر تیمارI3. 55

شکل 3- 19) میزان جذب نیترات اندازه گیری و شبیه سازی شده در تیمارهای مختلف…. 57

شکل 3 -20) میزان تلفات گازی نیترات اندازه گیری و شبیه سازی شده در تیمارهای مختلف…. 57

شکل 3 -21) میزان شستشوی نیتران اندازه گیری و شبیه شازی شده در تیمارهای مختلف…. 58

شکل 3- 22) شبیه سازی غلظت نیترات، به ازای کاربرد 450 کیلوگرم در هکتار کود اوره. 59

شکل 3- 23) شبیه سازی شستشوی  نیترات، به ازای کاربرد 450 کیلوگرم در هکتار کود اوره. 60

شکل3- 24) شبیه سازی تلفات گازی، به ازای کاربرد 450 کیلوگرم در هکتار کود اوره. 61

شکل3- 25)شبیه سازی جذب توسط گیاه نیشکر،  به ازای کاربرد 450 کیلوگرم در هکتار کود اوره. 62

 

 
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 86-1385 در منطقه مذکور انجام پذیرفته است. تیمارهای اعمال شده شامل آبیاری کامل (I3) و 85 درصد (I2) و 70 درصد (I1) از آبیاری کامل می باشد و مقادیر کود ازته شامل 150 کیلوگرم در هکتار (N1)، 250 کیلوگرم در هکتار(N2) و 350 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 1386 مورد شبیه سازی قرار گرفت. دامنه تغییرات پارامترهای AEو RMSEو R2 برای برآورد غلظت نیترات در نیمرخ خاک به تربیت در بازه های 1.4-  تا  2.3  و 1.7- تا 3 و 0.3 تا 0.99 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.
واژه­های 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 52/2 میلیارد نفر در سال 1950 به 6 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 75 درصد از مصرف کود نیتروژن در خاور نزدیک را به خود اختصاص داده اند.(کاویانی و همکاران، 1389)

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 نمی­ شود و به آسانی همراه با آب آبیاری از لایه­های 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 مانده­های 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 50 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 50 میلی گرم در لیتر رسیده است.(کاویانی و همکاران، 1389)

نیشکر از جمله گیاهانی است که ماده­تر زیادی تولید می­ کند 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، 1388).

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 دهه­های 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 می­ کنند(آنتونوپولس1، 1997) .

یکی از مدل­های شبیه سازی حرکت آب و املاح در خاک، مدل NLEAP است که توسط فلوت2 و روی3  شفر4 در سال 1991 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 واگنت5 (1989) تهیه شده است [1] 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،