ارزيابي كارآيي مدل‌هاي نفوذ آب به خاك تحت تأثير روش هاي خاك‌ورزي و مديريت بقايا در تناوب گندم-ذرت

Evaluation of Water Infiltration Models Efficiency Affected by Tillage Systems and Residue Management in Wheat-Corn Rotation

فرآيند نفوذ آب به خاك در كارآمدي طراحي سامانه­ هاي آبياري از اهميت خاصي برخوردار است. از سوي ديگر، پديده نفوذ آب به خاك و تغييرات آن به خصوص در مناطق خشك و نيمه خشك تحت تأثير مديريت بقاياي گياهي و روش ­هاي خاك­ورزي قرار مي­گيرد. هدف اصلي اين پژوهش برآورد ضرايب مدل­ هاي مختلف نفوذ آب به خاك (كوستياكوف، كوستياكوف- لوئيز، فليپ، هورتون و سازمان حفاظت خاك آمريكا) و كارآيي آن­ها تحت تأثير روش ­هاي مختلف خاك­ورزي (خاك­ورزي رايج، كم خاك­ورزي و بي خاك­ورزي) و مديريت بقايا (حفظ بقاياي به صورت ايستاده و حذف تمام بقايا از سطح خاك) بود.به اين منظور، پژوهشي مزرعه ­اي در سال 1395 و 1396 در منطقه زرقان استان فارس (بافت خاك لوم رسي سيلتي) با طرح كرت­هاي يك بار خُرد شده در قالب بلوك ­هاي كامل تصادفي در تناوب گندم-ذرت با سه تكرار اجرا شد. فرآيند نفوذ آب به خاك براي هر محصول زراعي با استفاده از روش استوانه­هاي دوگانه با 3 تكرار مورد بررسي قرار گرفت. با استفاده از برازش هر مدل بر داده­ هاي نفوذ تجربي بر اساس بهينه سازي غير خطي، آماره­ هاي ضريب تبيين (R2)، ريشه ميانگين مربعات خطا (RMSE) و درصد كارآيي (EF) تعيين و مدل­ ها، از نظر درستي برآورد نفوذ ارزيابي و رتبه بندي شدند. نتايج نشان داد كه مدل كوستياكوف- لوئيز در كشت گندم و حذف بقايا در سامانه­ هاي خاك­ورزي رايج (با R2، RMSE و EF به ترتيب 0.99، 0.07 و 99/99) و كم خاك ­ورزي (با R2، RMSE و EF به ترتيب 0.99، 0.13 و 99/99) و مدل هورتون در كشت ذرت و حفظ بقايا در سامانه بي خاك ­ورزي (با R2، RMSE و EF به ترتيب 0.99، 0.14 و 99.70)، بهترين كارآيي را در برآورد نفوذ آب به خاك داشتند. در ميان سامانه ­هاي خاك ورزي، مدل ­هاي حفاظت خاك آمريكا، كوستياكوف و فيليپ در هر دو كشت از اين نظر ناكارآمدترين بودند. بطوركلي، در مناطق خشك و نيمه ­خشك از جمله زرقان در استان فارس جهت كمي ­سازي فرآيند نفوذ آب به خاك مدل­ هاي كوستياكوف- لوئيز و هورتون به ترتيب در كشت گندم و ذرت مي ­تواند قابل توصيه باشد.

Water infiltration process into the soil is significantly affected by plant residue management and tillage systems, which are important factors for designing efficient irrigation systems, especially in arid and semi-arid regions. We aimed to estimate the coefficients of infiltration process models (including Kostiakov-Lewis, Kostiakov, Horton, SCS and Philip) and their performance under the effect of residue management (residue removal and retention) and different tillage systems (conventional tillage, reduced tillage, and no-tillage). The field experiment was conducted in wheat (Triticum aestivum L.)-corn (Zea mays L.) rotation based on split-plot design with three replications, in Zarghan, Fars province, during 2016 and 2017. The water infiltration process was determined by double ring method in three replications for each crop. Then, the statistical criteria of determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE), and efficiency model (EF) were defined by Solver tools and used to quantify and classify the infiltration process models. In wheat cultivation and residue removal, the highest performance for estimating of water infiltration was obtained by Kostiakov-Lewis model under conventional tillage (R2, RMSE, EF were 0.99, 0.07 and 99.99%, respectively). In the case of reduced tillage, R2, RMSE, EF were 0.99, 0.13, and 99.99%, respectively), while Horton’s model in corn cultivation and residue retention was the best model under no-tillage system (R2, RMSE, EF were 0.99, 0.14 and 99.70%, respectively). Among tillage systems, the lowest performance of models was observed for SCS, Kostiakov, and Philip models in a wheat-corn-wheat rotation. Overall, to quantifying water infiltration process into the soil under arid and semi-arid region such as Zarghan, it is recommendable to apply Kostiakov-Lewis and Horton models in, respectively, wheat and corn fields.