پایان نامه ارشد مهندسی کشاورزی: بررسی اثر آبشویی و حرکت نیترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گیاه نیشکر

دانشگاه بوعلی سینا

دانشكده کشاورزی

گروه مهندسی آب

پایان­ نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته مهندسی کشاورزی گرایش آبیاری و زهکشی

عنوان:

بررسی اثر آبشویی و حرکت نیترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گیاه نیشکر

استاد راهنما:

دكتر امید بهمنی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

فهرست مطالب:

مقدمه…………………………. 2

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………………………..

2-1-1- تشریح مدل NLEAP GIS 4.2………………………..

2-1-2- نحوه انتقال داده در NLEAP………………………..

2-1-3- ورودیهای مدل NLEAP………………………..

2-1-4- خروجی های NLEAP GIS 4.2………………………..

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……..

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

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

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

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 استفاده از مدلNLEAP……..

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

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 استفاده 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.

مقدمه:

اهمیت مسأله:

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 نمی­شود 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 شبکه­های 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 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، 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 می­کنند(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 ارایه 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، 1388).

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:

– شبیه­ سازی 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 استفاده از نرم افزار NLEAP و مقایسه آن با نتایج حاصل از مدل LEACHEM.

شرح روش اجرای تحقیق:

عملیات اجرای این پژوهش در سال 86-1385 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، 1388). 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 استفاده 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 اندازه­گیری 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، 1388) اختصاص دارد و به جمع بندی نتایج به دست آمده از تحقیق و ارایه راه­کارها و پیشنهادهای مناسب پرداخته شده است.

1- Antonopoulos

2- Foolet R.F.

3- Roy f.

4- Sheffer  M.J

5- Hutson and wagnet

تعداد صفحه : 84

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com