كليدواژه :
شبيه سازي , آبياري قطره اي سطحي , آناليز ابعادي , نيترات
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: كاربرد همزمان كود و آب در سيستم آبياري قطره اي به عنوان يك روش موثر و اقتصادي براي كشاورزي شناخته شده است. همچنين عدم مديريت بهينه در آبياري قطره اي باعث عدم كارايي توزيع آب و كود مي شود. بدين وسيله مصرف بيش از حد آب و نيتروژن نه تنها عملكرد محصول را كاهش مي دهد بلكه باعث آلوده شدن آب هاي زير زميني مي شود. با توجه به اينكه كيفيت آب سطحي و زير زميني در مناطق خشك از اهميت قابل توجهي برخوردار است پس يك دستورالعمل جامع براي مديريت كردن سيستم آبياري قطره اي به منظور كشاورزي پايدار امري ضروري است.
مواد و روش ها: شبيه سازي توزيع نيترات در خاك با استفاده پارامترهاي زوديافت مي تواند كمك شاياني به طراحي سيستم هاي آبياري قطره اي زير سطحي كند. در اين مطالعه، به منظور شبيه سازي آن، آزمايش هايي برروي سه نوع بافت مختلف خاك و با هدف ارائه معادلاتي به منظور تخمين توزيع نيترات در خاك در جهات مختلف در سيستم هاي آبياري قطره اي سطحي انجام پذيرفت.در اين تحقيق، آزمايش ها در يك مدل پلكسي گلاس شفاف با ابعاد 3m×1/22m×0/5m و بر روي سه نوع بافت (متوسط، سنگين و سبك) به انجام رسيد. قطره چكان ها در سه عمق 45cm×30cm×15cm مورد ارزيابي قرار گرفتند. دبي قطره چكان ها با زمان آبياري 6 ساعت و با مقادير 2/4(Q3) 6,(Q2)4, (Q1) ليتر در ساعت اعمال گرديد. همچنين تيمارهاي كود آبياري شامل سه تيمار با غلظت نيترات 125، 250 و 375 ميلي گرم در ليتر بود. به منظور اعمال تيمارهاي كود آبياري در اين تحقيق از كود اوره (CH4N2O) (چهل و شش درصد ازت) استفاده گرديد.
يافته ها: سپس، به كمك قضيه π باكينگهام و با استفاده از آناليز ابعادي روابطي به منظور شبيه سازي توزيع نيترات در سيستم هاي آبياري قطره اي زير سطحي و براي سه نوع بافت مورد بررسي ارائه گرديد كه تابعي از نيترات اوليه خاك، غلظت نيترات در كود آبياري، رطوبت اوليه خاك، فاصله شعاعي نقاط مورد نظر، حجم آب كاربردي در زمان آبياري، هدايت هيدروليكي خاك و دبي قطره چكان مي باشد. نتايج ارزيابي بين مقادير اندازه گيري و شبيه سازي شده براي مدل هاي توزيع نيترات در خاك بيانگر آن است كه اين مدل ها علي رغم پيچدگي خاص توزيع يون نيترات (به دليل فعل و انفعالات و واكنش هايي كه نيترات در خاك انجام مي دهد كه شامل پديده نيتريفيكاسيون و دي نيتريفيكاسيون مي باشد) در خاك، داراي عملكرد مناسبي مي باشد. نتايج ارزيابي بين مقادير اندازه گيري و شبيه سازي در خاك مورد استفاده در اين تحقيق نشان مي دهد كه اين مدل ها براي اعماق مختلف نصب قطره چكان داراي پيش بيني نسبتا مناسبي بوده و همچنين پارامترهاي آماري مربوط به اين ارزيابي نيز نشان داد كه اين پارامترها در دامنه قابل قبولي مي باشد.
نتيجه گيري: نتايج مقايسه بين مقادير اندازه گيري شده و شبيه سازي شده نشان داد كه اين مدل ها با دقت بالايي نيترات را پيش بيني مي كنند. كاربرد اين معادلات در طراحي سيستم هاي آبياري قطره اي زير سطحي مي تواند منجر به بهود عملكرد اين سيستم ها گردد.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Drip irrigation with fertigation provides an effective and economical way to supply water and nutrients to crops. However, less-than-optimum management of micro irrigation systems may cause inefficient water and nutrient use, thereby diminishing expected yield benefits and contributing to ground water pollution if water and nitrogen applications are excessive. The quality of ground and surface waters is specifically vulnerable in dry regions where agricultural production occurs mostly by irrigation. Robust guidelines for managing micro irrigation systems are needed so that the principles of sustainable agriculture are satisfied. Materials and Methods: Simulation of nitrate distribution in soil by means of found early parameters can effectively help to design the subsurface drip irrigation system. In this study, in order to develope equations to estimate the nitrate distribution, the experiments was done on three different soil textures and in different directions. In this study, experiments were carried out in a transparent plexy-glass tank (0.5m.1.22m.3m) using three different soil textures (fine, heavy and medium). The drippers were installed at 3 different soil depths (15cm, 30ch and 45cm). The emitter outflows were considered 2.4, 4 and 6 lit/hr with irrigation duration of 6hr. The fertigation treatments include treatments with nitrate concentrations of 125, 250 and 375 mg per liter. The fertigation treatments include treatments with nitrate concentrations of 125, 250 and 375 mg per liter. In order to fulfil the fertigation treatments was used urea (CH4N2O) (46% nitrogen) Results: By using the- theorem of Buckingham and Dimension Analysis (DA), equations were developed to estimate the pattern of nitrate distribution (horizontal and vertical) in three soil textures. These equations are as function of initial nitrate, nitrate concentrations in fertigation, initial moisture, radial distance of points, applied water volume, hydraulic conductivity and emitter outflows. The results of the measured and simulated values for suggested models of nitrate distribution showed that despite the complexity of this ion, specifically the nitrate distribution in different conditions (due to the interactions and reactions of nitrates in the soil due to the phenomenon of the nitrification and denitrification), have a good performance. The average of Root Mean Square Error (RMSE) values in clay soil and for emitter outflows 2.4, 4 and 6 lit/hr were 0.103, 0.117 and 0.109, respectively. These values for loamy soil were 0.119, 0.099 and 0.098, respectively and for sandy soil were 0.075, 0.059 and 0.11, respectively. Conclusion: The results of the comparisons between simulated and observed values showed that these equations are very capable in predicting the pattern of nitrate distribution in different directions. Considering these equations in designing surface drip irrigation systems could improve system performance.
