بخشی از مقاله
چکیده
برای بهینهسازی مصرف آب در کشاورزی اطلاع کامل از همه اجزای بیلان آب ضروری میباشد. از طرفی، اندازهگیری اجزای بیلان آب در فاصلههای زمانی مورد نیاز به خاطر وقتگیر و پرهزینه بودن مشکل است. مدلهایی که منطقه غیراشباع خاک را شبیه سازی میکنند، ابزار مفیدی برای پیش بینی آثار مدیریت کشاورزی بر آب استفاده شده توسط گیاه میباشند و از این مدلها میتوان پس از واسنجی برای بهینهسازی عملیات کشاورزی مانند مصرف آب استفاده کرد. این تحقیق در مزارع تحت آبیاری گندم در دشت نیشابور که یکی از دشتهای مهم خراسان رضوی میباشد، انجام شده است.
برای شبیهسازی اجزای بیلان آب و رشد گیاه از مدل اگروهیدرولوژیک و یکبعدی SWAP در سه مزرعه تحت کشت گندم به نامهای فاروب رومان، حاجیآباد و سلیمانی استفاده شد. ورودیهای مدل از ترکیب اطلاعات مزرعهای و هواشناسی تعیین شد. برای ارزیابی و واسنجی پارامترهای هیدرولیکی خاک از بسته نرمافزاری RETC بهره گرفته شد. دوره شبیهسازی مطابق با فصل رشد گندم از آبان ماه 87 تا اوایل تیر ماه 88 انتخاب شد. نتایج نشان داد مدل SWAP به خوبی توانسته است جریان آب در خاک را شبیهسازی کند. بنابراین از مدل SWAP میتوان به عنوان ابزاری مفید برای محاسبه همه اجزای بیلان آب استفاده کرد.
-1 مقدمه
کمبود آب به صورت یک تهدید واقعی برای زندگی انسان بخصوص در مناطق خشک و نیمه خشک در کشورهای در حال توسعه در آمده است. رشد جمعیت و از طرفی بالا رفتن استانداردهای زندگی مصرف آب را افزایش داده است. مقدار آب مورد استفاده در کشاورزی مهم و قابل توجه است و با صرفهجویی در بخشی از آب استفاده شده در کشاورزی ممکن است به عنوان راهکاری برای مشکل کمبود آب موثر باشد.
اکثر اوقات بیشترین توجه در آب به کار برده شده در آبیاری میباشد. گرچه بیشترین آب استفاده شده شامل آب آبیاری میباشد، اما توجه به سایر اجزای بیلان آب نیز ضروری به نظر میرسد . بهرحال بیشتر مطالعات هنوز به بررسی اثر مقادیر مختلف آب آبیاری یا روشهای آبیاری بر عملکرد محصول پرداخته شده است. تمرکز اصلی این مطالعات بیشتر بر روی به دست آوردن محصول بالاتر به ازای آب آبیاری مصرف شده می باشد و سایر موضوعات مهم در نظر گرفته نمیشوند.
در این مطالعات بیشتر آب آبیاری محاسبه میشود و آب مصرف شده توسط گیاه از سایر منابع مانند بارندگی، صعود موئینگی از آب زیرزمینی و ذخیره رطوبتی خاک در نظر گرفته نمی شود. تلاش برای رسیدن به محصول زیادتر در بیشتر اوقات همراه با افزایش بهرهوری که نسبت محصول تولیدی به حجم آب مصرف شده است، نمیباشد. بهرحال برای اندازهگیری مقدار صرفهجویی در مصرف آب دانستن همه اجزای بیلان آب قابل توجه و مهم میباشد . - 6 -
امروزه استفاده از مدلهای شبیهسازی بسیاری از مسائل مربوط به مدیریت آبیاری، شوری خاک و بیلان آب در محدوده توسعه ریشه را حل کرده است. در راستای ارزیابی پروژههای آبیاری، بیلان آب در منطقه فعال ریشه با استفاده از یک مدل شبیهسازی برآورد گردید . - 8 - محققین مذکور برای صحتیابی مدل شبیهسازی از دادههای یک مزرعه آزمایشی در هند استفاده کردند.
در آزمایش مزرعهای مذکور میزان رطوبت خاک در لایههای مختلف خاک با استفاده از دستگاه نوترونمتر اندازهگیری شده بود. با استفاده از اطلاعات خاکشناسی، داده های زراعی و تاریخهای آبیاری مزرعه آزمایشی بیلان آب در خاک شبیه سازی گردید. ضریب همبستگی و میزان خطای نسبی بین مقادیر رطوبت های اندازهگیری شده خاک و مقادیر شبیهسازی شده به ترتیب 0/98 و 0/051 بدست آمد که در حد مطلوبی است و استفاده از مدل شبیهسازی را توصیه نمودند - نقل از اکبری و همکاران - . - - 1 در سالهای اخیر مدلهای متعددی برای مسائل مربوط به حرکت آب در خاک و رشد محصول طراحی گردیده است .
یکی از این مدلها، مدل SWAP میباشد که قابلیت بالایی در شبیهسازی حرکت آب در خاک و اجزای بیلان آب دارد . - 10 - این مدل در موارد مختلفی مانند شبیهسازی رطوبت در خاک، برنامهریزی آبیاری ، انتقال املاح و رشد محصول استفاده میشود. مدل SAWP همچنین در مقیاس های مختلف مانند مزرعه، شبکه آبیاری و حوضه مورد استفاده قرار میگیرد . در این پژوهش از مدل SAWP در مقیاس مزرعه استفاده شده است.
نتایج مطالعات مختلف نشان داده است که مدل SAWP مدلی توانمند برای شبیهسازی جریان آب در خاک و همچنین بیلان آب در سطح مزرعه میباشد - 6،. - 5 اکبری و همکاران - 1388 - تاثیر برنامهریزی آبیاری بر بهرهوری آب کشاورزی با استفاده از مدل SWAP را در شبکه آبشار اصفهان مورد بررسی قرار دادند . نتایج نشان داد که با اصلاح برنامه آبیاری، عملکرد محصول جو و گندم به مقدار قابل ملاحظهای 15 - درصد - افزایش مییابد.
از طرف دیگر با بهبود مدیریت زراعی و کاهش 20 درصدی عمق آب آبیاری، عملکرد محصول تغییر معنیداری نداشت - . - 1 وظیفه دوست و همکاران - 2008 - در تحقیقی در منطقه برخوار اصفهان برای شبیهسازی مقادیر بیلان آبی مانند تعرق، تبخیر از خاک و نفوذ عمقی و پیشبینی عملکرد محصولات، مدلSWAP را ارزیابی و واسنجی کردند. نتایج نشان داد مدل میتواند برای پیشبینی حرکت آب در خاک و شبیه سازی اجزای بیلان آب در مزرعه مورد استفاده قرار گیرد .
- 12 - سینگ و همکاران - 2010 - حرکت آب در خاک و اجزای بیلان آب را با استفاده از مدل SWAP و تکنیک سنجش از دور در مزارع تحت کشت گندم در شمال غربی چین شبیهسازی کردند. در تحقیق ایشان تبخیر و تعرق واقعی گیاه با استفاده از تصاویر ماهوارهای محاسبه شده بود. نتایج نشان داد از مدل SWAP میتوان به عنوان ابزاری مفید برای شبیهسازی حرکت و توزیع رطوبت در خاک و محاسبه اجزای بیلان آب استفاده کرد . - 9 -
بونفات و همکاران - 2010 - در تحقیقی سه مدل شناخته شده SWAP ، CropSyst و MACRO را در شبیهسازی رطوبت نیمرخ خاک در مزارع تحت کشت ذرت در مناطق شمالی ایتالیا مقایسه و بررسی کردند. نتایج نشان داد که هر سه مدل عملکرد مشابهی دارند. مقدار RMSE - مجذور میانگین مربعات خطا - به طور متوسط برای هر سه مدل، صرفنظر از زمان و مکان 0 .032cm3cm 3 محاسبه شد.
در مجموع مدل SWAP به دلیل بهره گیری از تکنیک های متفاوت حل عددی معادله ریچاردز با توجه به در نظر گرفتن شرایط مرزی مناسب در بالا و پایین نمونه خاک عملکرد بهتری نشان داد . - 5 - هدف از مطالعه حاضر شبیهسازی اجزای بیلان آب در سطح مزارع گندم دشت نیشابور میباشد. بدین ترتیب برای واسنجی و صحتیابی مدل از دادههای اندازهگیری شده رطوبت خاک استفاده شده است.
-2 مواد و روشها
-2-1 معرفی منطقه
دشت نیشابورکه یکی از دشتهای مهم استان خراسان رضوی میباشد، به عنوان منطقه مورد مطالعه در این تحقیق انتخاب گردید - شکل. - 1 بحران آب دشت نیشابور در نتیجه بهم خوردن تعادل هیدرولوژیکی و افزایش تقاضا از منابع آبی از سال 1365 به بعد نمود پیدا کرده است. این دشت جزئی از حوضه آبریز کال شور است که در دامنه جنوبی ارتفاعات بینالود و در شمال شرق کویر مرکزی واقع شده است. وسعت کل حوضه 7300 کیلومتر مربع است که 3900 کیلومتر مربع آن را دشت و بقیه را ارتفاعات تشکیل میدهند.
آب و هوای منطقه نیمهخشک و خشک، متوسط درجه حرارت آن 12 درجه سانتیگراد و میزان بارندگی آن بطور متوسط برای کل حوضه 292 میلیمتر گزارش شده است. میزان تبخیر بعلت بالا بودن درجه حرارت هوا زیاد بوده و متوسط آن برای کل حوضه 2335 میلیمتر در سال است. منبع اصلی تأمین آب مورد نیاز منطقه چاهها هستندکه از آبخانه زیرزمینی دشت نیشابور تغذیه میشوند. بحران آب با وجود اعلام ممنوعیت دشت کماکان تداوم یافته است که می تواند پیامدهای فراوانی را برای منطقه بدنبال داشته باشد.
اگرچه رهایی کامل از این بحران و بازگشت به حالت اولیه غیرمحتمل بنظر میرسد، پس از مطالعه و بررسی وضعیت کنونی منابع آب و بحران شکل گرفته، راهکارهای جلوگیری از تشدید بحران و برونرفت احتمالی از آن قابل ارائه میباشد - فرج زاده و همکاران، . - 2005 این دشت از سال 1371 به بعد بطور متوسط هر ساله با حدود 0/2 متر افت سطح آب زیرزمینی مواجه بوده است.
کل تخلیه دشت 788 میلیون متر مکعب میباشد، که حدود %95 آن به مصارف کشاورزی میرسد. در منطقه مورد مطالعه بیش از %80 اراضی قابل آبیاری و مناسب برای کشت و زرع است که باعث شده این دشت موقعیت کشاورزی مطلوبی را در استان خراسان رضوی داشته باشد. بیش از %70 کشتها در نیشابور آبی است. بیشترین سطح زیر کشت را غلات و محصولات صنعتی و باغی به خود اختصاص میدهند که از نظر نیاز آبی در حد بالایی بوده و با شرایط کم آبی منطقه، سازگار نمیباشند - فرج زاده و همکاران، . - 2005
