برآورد تبخير تعرق واقعي در باغات پسته با استفاده از الگوريتم سبال و مقايسه آن در سه سيستم آبياري مختلف

پيشينه و هدف طي صدسال گذشته، حدود 90 درصد از سرانه آب تجديد پذير كشور كاهش ‌يافته است. از منابع آب تجديدشونده كشور حدود 90 درصد آن به بخش كشاورزي اختصاص دارد. با افزايش سطح زير كشت باغات پسته و افزايش تقاضا براي آب ازيك‌طرف و محدودتر شدن منابع آبي در منطقه، عدم تعادل بين عرضه و تقاضاي آب به‌شدت در حال افزايش است. در اين راستا، مهم‌ترين گام پيشگيري از هدر رفت آب، توزيع يكنواخت آب در سطح مزرعه، آبياري بهينه و متناسب با نياز آبي گياه در هر مرحله از رشد است. حدود 99 درصد آب جذب‌شده توسط گياه صرف پديده تبخير و تعرق مي گردد. لذا، شناخت اين پديده و برآورد دقيق آن مي تواند در تعيين نياز آبي گياهان نقش بسزايي داشته باشد. اندازه‌ گيري تبخير تعرق واقعي پوشش گياهي، خارج از شرايط آزمايشگاهي دشوار است. روش‌ هاي تجربي زيادي براي برآورد تبخير تعرق واقعي و پتانسيل با استفاده از داده‌ هاي هواشناسي و اقليمي به وجود آمده است. اما اكثر اين روش‌ها تنها قادر به برآورد تبخير تعرق پتانسيل مي ‌باشند و مقدار واقعي تبخير تعرق را برآورد نمي‌ نمايند. در مقابل، روش‌هاي مبتني بر سنجش‌ازدور ايجاد شده است كه راه ‌حل مناسبي براي برآورد تبخير تعرق واقعي در سطح پوشش گياهي مي ‌باشند. تصاوير ماهواره‌اي با قابليت پوشش سراسري و ديد تكراري، امكان پايش تبخير تعرق را در سطح مزارع و در طول دوره رويش گياه فراهم آورده ‌اند. تحقيقات مختلفي در داخل و خارج از كشور در زمينه برآورد تبخير تعرق واقعي اراضي كشاورزي با استفاده از تصاوير ماهواره‌ اي انجام‌شده است، كه حاكي از دقت قابل ‌قبول اين روش بوده است. اما عمده اين تحقيقات در مربوط به مزارع كشاورزي است و تحقيقات قابل‌توجهي در زمينۀ برآورد تبخير تعرق در سطح باغ انجام‌نشده است. پوشش گياهي در سطح مزارع در مقايسه با باغات يكدست و همگن است، بنابراين برآورد شاخص پوشش گياهي كه از ورودي‌ هاي مدل سبال است در مزارع كشاورزي ساده ‌تر از باغات انجام مي‌گيرد كه مي‌ تواند بر دقت نهايي تأثير گذار باشد. بنابراين هدف اصلي اين تحقيق برآورد مقدار تبخير تعرق در سطح باغات با استفاده از الگوريتم سبال و ارزيابي دقت برآورد است. علاوه بر اين در اين تحقيق، از اندازه‌گيري روش مستقيم بيلان آبي با استفاده از داده‌ هاي سنسورهاي رطوبت خاك موجود در قسمت‌ هاي مختلف باغ، براي ارزيابي دقت استفاده ‌شده است. استفاده از اين روش قابليت اطمينان به نتايج و ارزيابي دقت انجام‌شده را افزايش مي‌ دهد. مواد و روش هاتحقيق حاضر در باغات پسته شهرستان زرنديه استان مركزي انجام ‌شده است. باغ ‌ها داراي سيستم‌هاي آبياري غرقابي، قطره ‌اي رو سطحي و قطره ‌اي زيرسطحي بوده ‌اند.  تبخير و تعرق واقعي با استفاده از دو روش بيلان آبي و الگوريتم سبال برآورد شده است. از داده‌ هاي هواشناسي ايستگاه سينوپتيك فرودگاه امام او تصاوير ماهواره ‌اي لندست 8 براي برآورد تبخير تعرق به كمك الگوريتم سبال استفاده ‌شده است. تبخير و تعرق واقعي در زمان ‌هاي گذر ماهواره در طول فصل رشد برآورد شده است. براي انتخاب پيكسل ‌هاي سرد و گرم در الگوريتم سبال، از روش نيمه اتوماتيك پيشنهادشده توسط اولمدو استفاده شد كه استفاده از نظر كاربر را در انتخاب پيكسل ‌هاي سرد و گرم به حداقل مي‌ رساند. براي ارزيابي دقت نتايج برآورد تبخير و تعرق، از اطلاعات سنسورهاي رطوبت خاك موجود در سطح باغ استفاده ‌شده است. تعداد 28 سنسور رطوبت خاك را در بخش‌ هاي مختلف باغ اندازه‌ گيري مي ‌نمايند. با استفاده از مقادير رطوبت خاك سنسورها، مقدار تبخير تعرق واقعي با استفاده از روش بيلان آبي برآورد شد و به‌عنوان مقدار مرجع مورداستفاده قرار گرفت. نتايج و بحث مقايسه نتايج حاصل از الگوريتم سبال و روش بيلان آبي نشان داد كه الگوريتم سبال توانسته است با خطاي RMS 0.57 مقدار تبخير تعرق واقعي را در قسمت‌هاي مختلف باغ برآورد نمايد. علاوه بر اين همبستگي بين مقادير برآورد شده توسط دو روش برابر 0.82 بوده است كه نشان‌دهنده قابليت مناسب الگوريتم سبال در برآورد مقادير تبخير و تعرق است. همبستگي بين مقدار تبخير و تعرق واقعي برآورد شده از مدل سبال و تبخير و تعرق مرجع برابر 0.76 به ‌دست‌آمده است. تغييرات مقدار تبخير و تعرق در قسمت ‌هاي مختلف باغ و نيز باغ‌ هاي داراي سيستم ‌هاي آبياري مختلف غرقابي، قطره‌اي رو سطحي و قطره‌اي زيرسطحي بررسي‌شده است. نتايج نشان داده است، باغ داراي آبياري زيرسطحي به‌ طور متوسط كمترين ميزان تبخير تعرق را در تاريخ‌هاي مختلف از خود نشان داده است. با توجه به آنكه تبخير تعرق معادل مجموع مقدار تبخير از سطح خاك و تعرق از سطح گياه است مي ‌توان، اين مقدار كاهش را به كاهش تبخير از سطح خاك نسبت داد. علاوه بر اين، در همه تاريخ‌ ها ناهمساني تبخير تعرق در قسمت‌ هاي مختلف باغ‌ هاي داراي سيستم آبياري يكسان قابل‌مشاهده است. به‌عنوان نمونه در باغ با روش آبياري غرقابي، بخش ‌هايي از باغ تبخير تعرق پاييني نشان مي ‌دهند كه مي‌ تواند ناشي از عدم تسطيح سطح باغ و عدم دريافت رطوبت مناسب در اين نواحي باشد. بديهي است همين مقدار رطوبت در ساير بخش ‌هاي باغ تجمع نموده و از طريق نفوذ عمقي از دسترس خارج مي ‌گردد. اين توزيع غيريكنواخت در باغ با روش آبياري رو سطحي نيز مشاهده مي‌ شود. به ‌عنوان نمونه بخش مياني باغ داراي آبياري رو سطحي همواره مقدار تبخير تعرق بالاتري را نشان مي ‌دهد كه مي‌ تواند نشان‌ دهنده هدر رفت آب در اين بخش از باغ، ناشي از عملكرد بيش از نياز نازل‌هاي رطوبت باشد. براي ارزيابي بهتر اختلاف تبخير تعرق در روش ‌هاي مختلف آبياري، مقدار متوسط، حداقل، حداكثر و انحراف معيار مقادير تبخير تعرق در باغ ‌هاي مربوط به سه سيستم آبياري مختلف محاسبه ‌شده است. نتايج نشان داد در تمام تاريخ‌ ها مقادير دامنه تغييرات و انحراف معيار تبخير تعرق در سيستم آبياري غرقابي بيشتر از ساير روش‌ها بوده است كه به ‌خوبي نشان ‌دهنده عدم آبياري يكنواخت در سطح باغ است. نتيجه گيري نتايج تحقيق حاكي از دقت مناسب الگوريتم سبال در برآورد تبخير تعرق واقعي باغات بوده است. به‌ طوري ‌كه در مقايسه با روش بيلان آبي همبستگي 0.82 و خطاي 0.57 داشته است. علاوه بر اين، مقايسه وضعيت رطوبت در قسمت ‌هاي مختلف باغ و نيز باغ‌ هاي داراي سيستم آبياري مختلف نشان داده است كه با استفاده از برآورد تبخير و تعرق به كمك تصاوير ماهواره ‌اي مي‌توان اطلاعات مناسبي از نحوه توزيع رطوبت در سطح باغ دست‌ يافت. اين داده ‌ها، اطلاعات ارزشمندي در خصوص مديريت بهينه منابع آب و افزايش كارايي آبياري فراهم مي ‌نمايد. با استفاده از روش ‌هاي آبياري زيرسطحي مي‌ توان به ‌صورت مؤثري هدر رفت آب آبياري ناشي از تبخير از سطح خاك را كاهش داد. نتايج تحقيق نشان داده است كه در مناطقي كه دسترسي به اطلاعات سنسورهاي رطوبت خاك و يا روش‌هاي اندازه‌ گيري مستقيم تبخير و تعرق وجود ندارد، استفاده از الگوريتم سبال و روش ‌هاي سنجش ‌از دور مي‌تواند اطلاعات مناسبي را جهت مديريت بهينه منابع آبي فراهم نمايد.