بخشی از مقاله
چکیده
یکی از راههای کاهش تلفات آب در مزارع، برنامهریزی صحیح آبیاری است که اساس آن برآورد دیق نیاز آبیِ گیاهان میباشد. معادلاتی که برای محاسبه تبخیر و تعرق مرجع استفاده میشوند بهدلیل ماهیت تجربی آنها برای تمام شرایط اقلیمی مناسب نیستند. از اینرو لازم است که معادلهی مناسب هرمنطقه مشخص شود. بدین منظور در این تحقیق با استفاده از میانگین دادههای لایسمتری برداشت شده در دورههای دهروزه خرداد تا شهریور در طی سه سال زراعی متوالی در مؤسسه تحقیقات برنج کشور، مقدار تبخیر و تعرق گیاه مرجع محاسبه شده و با 16معادله تجربی موجود در نرمافزار Ref-ET با آمارههای RMSE و R مورد مقایسه قرار گرفت که بهترتیب معادلات هارگریوز، پریستلیتیلور و پنمن - فائو - 24 با دارا بودن کمترین مقادیر RMSE در هر یک از سه سال و دارا بودن مقادیر ضریب همبستگی 0/729، 0/619 و 0/614 با دادههای لایسیمتری بهعنوان بهترین روش ها شناخته شدند.
معنیدار بودن این اختلافات نیز با نرمافزار SPSS سنجیده شد که درکل، برای فرمولهایتجربیِ هارگریوز، پریستلیتیلور و پنمن - فائو - 24 اختلاف معنی داری مشاهده نشد. در بین سه روش، فرمول تجربی هارگریوز به عنوان مناسب ترین فرمول برای منطقهی رشت پیشنهاد شد، زیرا این روش برخلاف دو روش دیگر، روشی دمایی است و با توجه به پدیده گرمایش زمین، قادر است مقادیر تبخیر و تعرق را در آینده پیش بینی نماید که امکان برنامهریزی آبیاری و مدیریت آب را نیز فراهم کند. همچنین جهت برآورد تبخیر و تعرق به روشهای هارگریوز و پریستلیتیلور، به دادههای ورودی کمتری نسبت به روش پنمن - فائو - 24 نیاز است.
مقدمه
کاهش تولیدات گیاهی ناشی از روند نزولی منابع آب در دسترس، نگرانیهایی را در افکار عمومی ایجاد کرده است و از این رو، موضوع بسیاری از مطالعات و پژوهش هایدر دست انجامِ برخی از مناطق، بهخصوص مناطق کمباران است. اگرچه باور عمومی بر این بود که استانهای برنجخیز شمالی از این امر مستثنی هستند ولی خشک سالیهای اخیر، مناطق شمالی ایران را نیز در معرض خطرات کمبود منابع آب قرار داده است.
آمارها نشان میدهد که میزان بارش و متوسط بلندمدت بارندگی در شهرستان رشت طی سال آبی 86-7 نسبت به سال قبل بهترتیب حدود 25 و 20 درصد کاهش یافته است. این کاهش، در شهرستانهای دیگر بالغ بر 35 درصد نیز گزارش شده است - آمار سالیانه هواشناسی گیلان، . - 1387 هم چنین افزایش دما در سالهای کمباران در آمارها، بیان کنندهی افزایش میزان تبخیر و تعرق و در پی آن، افزایش آب مورد نیاز گیاه است و این باعث ایجاد فشار بیشتر و بدتر شدن اوضاع میشود. متأسفانه روشهای موجود جهت اندازهگیری تبخیر تعرق و نیاز آبی، محدود به مکان، زمان و همچنین، نیازمند هزینههای اجرایی بسیار زیاد هستند.
تبخیر و تعرق یکی از اجزای اصلی گردش آب در طبیعت است و علاوه بر مطرح شدن آن در بیشتر مطالعات آبشناسی، اندازهگیری دقیق آن، در برنامهریزی آبیاری و توسعه حوضه آبریز یا منابع آب اهمیت خاصی دارد. تحقیقات نشان داده است که تبخیر و تعرق به عنوان متغیر اقلیمی از خصوصیات منطقهای و ویژگیهای ذاتی آنها تأثیر می پذیرد - ماردیکس و همکاران، . - 2005 تعیین مقدار آب مورد نیاز جهت تبخیر و تعرق، از عوامل اساسی در برنامهریزی آبیاری است و برآورد دقیق این پارامتر با توجه به عوامل محیطی تأثیرگذار بر آن، مانند دمای هوا، سرعت باد و تشعشع خورشیدی، کار بسیار مشکلی است.
معمولترین روش مستقیم برآورد تبخیر و تعرق، استفاده از اصل بیلان آب در یک حجم کنترل شده از خاک - لایسیمتر - است - علیزاده، - 1386 که قابل اعتمادترین روش است - پناهی، . - 1376 لایسیمتر مجموعهای از آب، خاک و گیاه در داخل یک استوانه یا یک مخزن آب بندی شده است که بهمنظور اندازهگیری دقیقِ قابلیت مصرف آب توسط گیاه، بهکار میرود. این دستگاه در حقیقت جعبهای است که فقط سطح بالایی آن باز بوده و بقیهی قسمتهای آن کاملاً بسته است و برای اندازه گیری تبخیر و تعرق گیاه آن را داخل مزرعه نصب میکنند و با خاک همان مزرعه پر میکنند و گیاه کاشته شده در اطراف را، داخل آن میکارند.
برای اندازهگیریمیزان نفوذِ عمقی آب در شالیزار نیز از لایسمتر تهباز استفاده میشود که شرایط استفاده از آن، شبیه لایسیمتر تهبسته است - ابوخالد، . - 1987 از آنجا که لایسیمتر نشاندهنده ی مقدار تبخیر و تعرق در مقیاس کوچک است و استقرار آن در تمامی مزارع امکانپذیر نیست، به همین دلیل در بسیاری از نقاط دنیا افراد مختلف، روشهای متعددی برای تعیین تبخیر و تعرق ارائه کردهاند که هر کدام با توجه به فرضیات و دادههای مختلف هواشناسی مورد استفاده در آنها نتایج متفاوتی میدهند که اغلب تحت واسنجیهای محلی بهدست میآیند و اعتبار جهانی ندارند.
فرمولهای مختلف بسیاری برای برآورد تبخیر و تعرق جهت برآورد غیرمستقیم آن به روش محاسباتی عنوان شده است اما انتخاب بهترین روشها برای هر منطقه، مستلزم تحقیق و مقایسه روشهای مختلف با دادههای اندازهگیری شده از روش مستقیم لایسیمتری است. ازآنجا که کشور ایران بسیار بزرگ و دارای اقلیم های متفاوت است، لازم است در هر منطقه با توجه به دادههای هواشناسی بهترین روش غیرمستقیم جهت برآورد تبخیر و تعرق انتخاب و برای استفاده در موارد مختلف معرفی گردد.
البته در بعضی از مناطق ایران مطالعاتی صورت گرفته و روشهایی نیز پیشنهاد شده است - انتصاری و همکاران، 1375؛ رحیم زادگان، 1370 ؛ زارع ابیانه و همکاران، 1389؛ صمدی و مجدزاده، 1382 ؛ محمدیان، 1385 و موسوی بایگس، . - 1388 اما متأسفانه تعداد پروژههای انجام شده برای تخمین این فاکتور مهم در شالیزارهای شمال، بسیار نادر است. بهطوریکه، بررسیهای مربوط به اندازهگیری تبخیر و تعرق برنج در سطح استان گیلان و مازندران، بسیار کم و محدود است.
نقوی و همکاران تبخیر و تعرق را به عنوان تابعی از دورهی رشد گیاه و ارتفاع رشد آن گزارش کردند که متوسط ضریب گیاهی برنج در حدود 1/1 و نفوذ عمقی در لایسیمترها در حدود 2/75 میلیمتر در روز گزارش شد. همچنین، میزان تبخیر و تعرق گیاهی برای ارقام مختلف برنج در محدودهی 412-680 میلیمتر گزارش شده است. با بررسی مسایل عنوان شده و به دلیل خطر مواجه با کمبود منابع آب در گیلان، انجام این پروژه جهت برنامهریزی صحیح آبیاری در این منطقه، مورد نیاز بود، لذا این طرح به منظور اندازهگیری تبخیر و تعرق مرجع، بر اساس فرمولهای تجربی و استفاده از داده های هواشناسی و مقایسه آنها با داده های لایسیمتری بهمنظور معرفی بهترین فرمول تجربی ارائه شده است.
مواد و روشها
جهت انجام محاسبات مربوط به فرمولهای تجربی، دادههای هواشناسی مربوط به دورهها ی ده روزه از خرداد تا شهریور در طی سه سال متوالی، از ایستگاه هواشناسی رشت، با موقعیت جغرافیایی به عرض 37 15 N و طول 49 36 E که در ارتفاع -6/9 متری از سطح دریا قرار دارد، تهیه شد. متوسط دادههای ده روزه ایستگاه هواشناسی فرودگاه رشت بهعنوان نزدیکترین و قابل اعتمادترین ایستگاه جمعآوری گردید.
دو عدد لایسیمتر آهنی تهبسته با سطح مقطع 1×1متر که از عمق 1متر در یک گوشه از آن به 1/2متر در گوشه روبهرو میرسد، در مؤسسه تحقیقات برنج کشور نصب شد. به طوریکه در اضلاع جانبی عمق 1/1متر و در کف آن شیب %20 ایجاد شد. در قسمت پایین شیب آن یک لوله پولیکا به طور عمودی کار گذاشته شد و سطح آن حدود 30 سانتیمتر بالای سطح لایسیمتر قرار گرفت - شکل . - 1 زهاب جمعآوری شده در لوله بهوسیلهی یک پمپ دستی پلاستیکی به بیرون پمپاژ شد و بهوسیلهی ظروف مدرج اندازهگیری گردید. زمین اطراف هر لایسیمتر چمن حدود 600 مترمربع بود که بعد از نصب لایسیمترها در وسط زمین و کاشت گیاه چمن در داخل و خارج لایسیمترها، بهصورت روزانه اندازهگیریها انجام شد و در نهایت محاسبات برای دورههای ده روزه براساس معادلهی بیلان آبی انجام شد.
شکل : - 1 - شمای لایسیمتر
جهت ایجاد چاله برای جای دادن لایسیمترها در داخل خاک،30 سانتی متر از هر یک از لایه های خاک در یکجا جمعآوری شد و پس از قرار دادن لایسیمتر در درون خاک، ابتدا 10سانتیمتر آن با شنهای به قطر تقریباً 7میلیمتر پر شد و سپس لایههای خاک با رعایت عمق در لایسیمتر ریخته و به خوبی کوبیده شد. لایسیمترها چند روز به طور مرتب آبیاری شدند تا لایههای خاک حالت طبیعی خود را بهدست آوردند. برای جلوگیری از تنش رطوبتی در گیاه چمن و برای اینکه حد رطوبت ظرفیت زراعی - FC - تقریباً ثابت باشد آبیاری، روزانه بهاندازه تبخیر از طشتک تبخیر و زهکشی در دورههای پنج روزه انجام شد. برای اندازهگیری عمق آب در لایسیمترها، در داخل هر یک از آنها یک خطکش مدرج چوبی کارگذاشته شد. در نهایت مقدار تبخیر و تعرق متوالی برای دورههای ده روزه با معادله بیلان آب - معادله - 1، براساس آمار روزانه جمعآوری شده و از سه سال زراعی متوالی، متوسطگیری شد.
که در آن، ET مقدار تبخیر و تعرق؛ I مقدار آبیاری؛ P مقدار بارندگی؛ RO رواناب سطحی که از زمین خارج میشود که در این تحقیق عملاً صفر است؛ Dr مقدار آب زهکش شده که با پمپ دستی جهت اندازهگیری، پمپاژ میشد و W تغییرات رطوبت در حجم کنترل شده از خاک - لایسیمتر - است. مقدار تبخیر بهوسیله دو عدد طشتکتبخیر از نوع کلاس A و مقدار بارندگی نیز توسط دو عدد بارانسنج ذخیرهای اندازهگیری شدند. درطول آزمایش سعی بر این بوده است که شرایط داخل لایسیمترها با محیط اطراف از نظر رشد گیاهی و سایر شرایط یکسان نگه داشته شود و متوسط عملکرد در واحد سطح نیز یکسان بوده و تفاوتی نداشته باشند.
اطلاعات هواشناسی به عنوان ورودی به نرمافزار Ref-ET - آلن، - 2001 داده شد. نرمافزار Ref-ET در سال 2001 با هدف ایجاد یک برنامه استاندارد جهت محاسبه روشهای مختلف تبخیر و تعرق و امکان مقایسه آنها با یکدیگر، در دانشگاه آیداهو براساس معادلات پیشنهاد شده توسط فائو1 و انجمن مهندسان عمران آمریکا2 تهیه شدکه کلاً شامل 17 روش است. در این تحقیق، نتایج فرمولهای تجربی تورک - 1961 - 3، ماکینک - 1957 - 4، پریستلیتیلور - 1972 - 5، هارگریوز - 1985 - 6، طشتک تبخیر7 - فائو - ، بلانی کریدل8 - فائو - 24، تابش9 - فائو - 24، پنمن10 - فائو - 24، پنمن - 1979 - ، پنمن - 1948 - ، پنمن
