پایان نامه ارشد مهندسی کشاورزی: بررسي اثر آبشويي و حرکت نيترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گياه نيشکر

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی کشاورزی

گرایش : آبیاری و زهکشی

عنوان : بررسي اثر آبشويي و حرکت نيترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گياه نيشکر

دانشگاه بوعلی سینا

دانشكده کشاورزي

گروه مهندسي آب

پايان­ نامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد در رشته مهندسی کشاورزی گرايش آبياري و زهکشي

عنوان:

بررسي اثر آبشويي و حرکت نيترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گياه نيشکر

استاد راهنما:

دكتر امید بهمني

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-تحقيقات انجام شده……………………….8

1-3-اهميت نيتروژن………………………… 11

1-4-شکل هاي مختلف نيتروژن در خاک………………………….. 11

1-4-1- نيتروژن موجود در مواد آلي خاک………………………….. 11

1-4-2- نيتروژن غير آلي………………………… 11

1-4-3- نيتروژن گازي موجود در خاک………………………….. 12

1-5- چرخه نيتروژن در خاک………………………….. 12

1-5-1- معدني شدن………………………… 12

1-5-2- نيتريفيکاسيون………………………… 13

1-5-3- دنيتريفيکاسيون………………………..13

1-5-4- تثبيت…………………………. 13

1-6- آبشويي نيتروژن………………………… 14

1-6-1- آبشويي نيترات…………………………. 14

1-6-2- آبشويي آمونيوم……………………….. 15

1-7- اثرات آبشويي نيتروژن………………………… 15

1-8- عوامل موثر بر آبشويي نيتروژن………………………… 16

1-8-1- مديريت کودهاي نيتروژني………………………… 16

1-8-2- عمليات آبياري………………………… 17

1-8-3- عمليات خاکورزي………………………… 17

1-8-4- گونه هاي گياهي و چگونگي کشت آنها ……………………….18

1-9- روش هاي کود دهي………………………… 18

1-10- کود اوره……………………….. 18

1-11- نيشکر……………………….. 19

1-12- اهميت مدل ها………………………. 19

فصل دوم: مواد و روش ها

2-1- مدلNLEAP………………………..

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

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

2-1-3- وروديهاي مدل NLEAP………………………..

2-1-4- خروجي هاي NLEAP GIS 4.2………………………..

2-2- واسنجي مدل………………………… 32

2- 2 -1- روش اعتبار سنجي مدل………………………… 32

فصل سوم: نتايج و بحث

3-1 مقدمه……………………….. 38

3-2- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات شبيه سازي شده در نيمرخ خاک توسط NLEAP……..

3-2-1- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات خاک خاک شبيه سازي شده در تيمار N1…………….

3-2-2- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات خاک شبيه سازي شده در تيمار N2…………………..

3-2-3- بررسي روند تغييرات غلطت نيترات خاک شبيه سازي شده در تيمار N3………………

3-3- تلفات شستشو……………………….. 49

3-4- تلفات دينيتريفيکاسيون………………………… 52

3-5- جذب گياه……………………….. 55

3-6- نتايج آناليز آماري جذب نيتروژن ، شستشوي نيترات و هدررفت گازي……….. 57

3-7- سناريوي جديد………………………… 60

3- 7-1- شبيه سازي غلظت نيترات در خاک با تعريف سناريوي جديد کود با استفاده از مدلNLEAP……..

3-7-2- تلفات شستشو در سناريوي جديد F ( 450 کيلوگرم اوره در هکتار)………… 61

3-7-3- تلفات دنيتريفيکاسيون در سناريوي جديد (450 کيلوگرم اوره در هکتار)………. 62

3-7-4- جذب نيتروژن به گياه در سناريوي جديد(450 کيلوگرم اوره در هکتار)…………. 63

3-8- نتيجه گيري………………………… 64

3-9- پيشنهادات…………………………. 66

منابع………………………. 67

چکیده:

مصرف کود و آب آبياري زياد باعث شستشوي نيترات از زمين هاي کشاورزي و بروز اثرات زيانبار آبشويي نيتروژن مي گردد. يکي از راه هاي اصلاح مديريت آبياري و کوددهي، استفاده از مدل­هاي رياضي است که روند حرکت آب و املاح را در سيستم آب-خاک و گياه به صورت کمي شبيه­سازي مي­کنند. مدل NLEAP GIS 4.2نسخه جديد و توسعه يافته NLEAPمي­باشد. که به منظور مدل کردن و سرنوشت نيتروزن در خاک هاي مختلف به کار مي رود. در اين تحقيق به منظور شبيه سازي حرکت نيترات در نيمرخ خاک، ميزان هدر رفتن کود به صورت آبشويي نيتروژن توسط گياه و تلفات گاز نيتروژن در منطقه توسعه ريشه ها با استفاده از مدل NLEAPGIS 4.2بررسي مي شود. که در ان از داده هاي مربوط به مزرعه ARC2-14از اراضي تحقيقاتي نيشکر در واحد اميرکبير(از واحدهاي هفت گانه طرح توسعه نيشکر) استفاده شده است. عمليات اجرايي تحقيق در سال 86-1385 در منطقه مذکور انجام پذيرفته است. تيمارهاي اعمال شده شامل آبياري کامل (I3) و 85 درصد (I2) و 70 درصد (I1) از آبياري کامل مي باشد و مقادير کود ازته شامل 150 کيلوگرم در هکتار (N1)، 250 کيلوگرم در هکتار(N2) و 350 کيلوگرم در هکتار (N3) کود اوره بوده است. مدل NLEAP GIS 4.2با مقايسه مقادير اندازه گيري شده غلظت نيترات در پروفيل خاک و مقادير پيش بيني شده در طول دوره تحقيق مورد ارزيابي قرار گرفت و نتايج به دست آمده از آن با مدل LEACHMکه قبلا در توسعه نيشکر و صنايع جانبي خوزستان انجام شده بود، مقايسه گرديد. پارامترهاي مذکور به وسيله مدل از ارديبهشت تا شهريور 1386 مورد شبيه سازي قرار گرفت. دامنه تغييرات پارامترهاي AEو RMSEو R2 براي برآورد غلظت نيترات در نيمرخ خاک به تربيت در بازه هاي 1.4- تا 2.3 و 1.7- تا 3 و 0.3 تا 0.99 مي باشد. به طور کلي مدل مقادير غلظت نيترات خاک را کمتر از مقدار واقعي برآورد کرده است. نتايج اين تحقيق نشان داد که مدلNLEAP GIS 4.2غلظت نيترات خاک را با روالي منطقي پيش بيني کرده است. همچنين نتايج شبيه سازيمقدار شستشوي نيترات از خاک و تلفات گازي شدن نيتروژن نيز يک برآورد منطقي بوده است اما مدل NLEAP GIS 4.2 در برآورد مقدار نيتروژن جذب شده به گياه با مقدار واقعي تفاوت محسوسي دارد.

مقدمه:

اهمیت مسأله:

رشد چشمگير جمعيت جهان و تقاضاي روز افزون براي مواد غذايي از چالش­هاي مهم سده حاضر است. يکي از مهمترين دستاوردهاي نيمه دوم قرن بيستم، افزايش توليد غذا به موازات افزايش جمعيت انسان 52/2 ميليارد نفر در سال 1950 به 6 ميليارد نفر در حال حاضر بوده است. براي تأمين تقاضاي فزاينده مواد غذايي، راهي جز افزايش سطح زيرکشت و يا افزايش توليد در واحد سطح وجود ندارد. استفاده از کودهاي شيميايي و ارقام پر محصول به عنوان دو راه ممکن براي افزايش توليد در واحد سطح مطرح مي­باشند. در بيشتر مناطق ارقام پرمحصول که با شرايط آب و هوايي آن مناطق سازگار باشند شناسايي و به کار گرفته شده­اند. بنابراين در حال حاضر مصرف کودهاي شيميايي به عنوان يکي از عوامل اثرگذار برافزايش عملکرد مطرح مي­باشد.

کود نيتروژنه به دليل تأثير بر رشد رويشي ريشه و اندام­هاي هوايي گياه، بيش ازديگر منابع کودي مورد توجه کشاورزان، کارشناسان و پژوهشگران قرار گرفته است. به همين دليل کشاورزان تمايل زياد به مصرف آن دارند. اطلاعات آماري نشان مي­دهد که مصرف کودهاي نيتروژنه در کشورهاي در حال توسعه به سرعت در حال رشد بوده و ايران ، مصر و ترکيه 75 درصد از مصرف کود نيتروژن در خاور نزديک را به خود اختصاص داده اند.(کاوياني و همکاران، 1389)

از ديدگاه پژوهشي، کاربرد کودهاي نيتروژني صرف نظر از تأثير بر عملکرد، به دليل تأثير­گذاري بر کيفيت محصول و امکان ايجاد آلودگي­هاي زيست محيطي اهميت فراوان دارد. مصرف مازاد کودهاي نيتروژني موجبات آبشويي کود را فراهم مي­آورد. تلف شدن نيتروژن به وسيله آبشويي به خصوص به صورت نيتروژن نيتراتي اتفاق مي­افتد. نيترات به دليل داشتن بار منفي، توسط رس جذب نمي­شود و به آساني همراه با آب آبياري از لايه­هاي بالايي شسته شده و به اعماق خاک راه مي يابد. يکي از شاخص­هاي مهم آلودگي منابع آب­هاي سطحي، زيرزميني و زه آب جاري در شبکه­هاي زهکشي کشاورزي، حضور نيترات مي­باشد که براثر­کاربرد انواع کودهاي شيميايي و آلي(دامي و انساني)، تجزيه گياهان و ديگر باقي مانده­هاي آلي خاک و تخليه نامناسب فاضلاب به وجود مي آيد. حد آستانه مجاز ميزان نيترات براي تخليه به آب هاي سطحي براساس استاندارد سازمان محيط زيست ايران 50 ميلي گرم بر ليتر مي­باشد. در طول سه دهه اخير غلظت نيترات در آب زيرزميني در برخي قسمت­هاي ايران افزايش يافته و به بيش از 50 ميلي گرم در ليتر رسيده است.(کاوياني و همکاران، 1389)

نيشکر از جمله گياهاني است که ماده­تر زيادي توليد مي­کند و براي نيل به اين هدف نيازمند مقادير قابل توجهي آب و کود ازته مي باشد. مصرف کود و آب آبياري زياد ممکن است منجربه شستشوي نيترات و آمونيوم از زمين هاي کشاورزي و کاهش قابل توجه کود نيتروژن گردد، تغييرات زيادي در اين کاهش مشاهده و گزارش شده است (بهمني و همکاران، 1388).

اصلاح مديريت آبياري و برنامه ريزي دقيق جهت استفاده بهينه از آب و کود در مناطق مختلف با کاربرد مدل­هاي رياضي قابل اجراست. به­طوريکه در دهه­هاي اخير استفاده از مدل­ها به عنوان ابزار مديريتي و تحقيقي روز به روز در حال توسعه است. مدل­هاي رياضي، روند حرکت آب و املاح را در سيستم خاک-گياه و اتمسفر به صورت کمي شبيه سازي مي­کنند(آنتونوپولس1، 1997) .

يکي از مدل­هاي شبيه سازي حرکت آب و املاح در خاک، مدل NLEAP است که توسط فلوت2 و روي3 شفر4 در سال 1991 براي مديريت آب و املاح خاک در شرايط مرطوب و اراضي با سطح ايستايي کم عمق ارايه شده است ولي براي شرايط خشک و نيمه خشک نيز با موفقيت آزمايش شده­است. و قادر به شبيه­سازي غلظت نيترات در حاک و همچنين مقادير آبشويي نيترات و جذب گياه مي باشد. مدل LEACHM که LEACHM-N يکي از زير مدل­هاي آن است توسط هاتسون و واگنت5 (1989) تهيه شده است [1] و يک مدل معين و يک بعدي است که حرکت آب و املاح و همچنين مواد بيولوژيکي و شيميايي را در محيط غير اشباع شبيه سازي مي کند. اين مدل مي تواند در شرايط آزمايشگاهي و مزرعه اي مورد استفاده قرار گيرد و سرنوشت نيتروژن را در حالت­هاي مختلف جريان آب از قبيل حالت يکنواخت، متناوب و ناپايدار شبيه سازي کند (بهمني، 1388).

در اين تحقيق کارايي مدل NLEAP در شبيه سازي تغييرات غلظت نيترات در نيمرخ خاک تحت تنش آبي و شرايط مزرعه اي گياه نيشکر مورد ارزيابي قرار گرفته است. در صورتي که با دقت قابل قبولي پارامترهاي مذکور را شبيه­سازي کند، ابزار مفيدي جهت مديريت آب و کود در مزرعه خواهد بود.

اهداف تحقیق:

– شبيه­ سازي غلظت NO3-N در حالت­هاي مختلف رطوبتي و کودي و تعريف سناريوي جديد.

– ارزيابي قابليت مدل NLEAP در پيش بيني حرکت رطوبت و تجمع نيترات در خاک.

– بررسي اثرات تنش در سطوح مختلف بر حرکت نيترات و عمل دنيتريفيکاسيون و هدررفت کود.

– مقايسه نتايج حاصل از اندازه گيري صحرايي و مقادير پيش بيني شده با استفاده از نرم افزار NLEAP و مقايسه آن با نتايج حاصل از مدل LEACHEM.

شرح روش اجرای تحقیق:

عمليات اجراي اين پژوهش در سال 86-1385 در مزرعه ARC2-14 در اراضي تحقيقاتي نيشکر در واحد کشت و صنعت اميرکبير که يکي از واحدهاي هفتگانه طرح توسعه نيشکر مي­باشد، صورت پذيرفته است(بهمني، 1388). مدل NLEAP با مقايسه مقادير اندازه گيري شده غلظت نيترات در نيمرخ خاک با مقادير پيش بيني شده در طول دوره تحقيق مورد ارزيابي قرار مي گيرد. ميزان تطابق و هماهنگي ميان مقادير اندازه گيري شده و پيش­بيني شده از لحاظ آماري محاسبه و مقايسه مي شود.

ساختار پایان نامه:

اين پايان نامه شامل مقدمه وسه فصل مروري بر منابع، مواد و روش­ها، نتايج و بحث، و نتيجه­گيري با ماهيت کاربردي- عملي نگارش يافته است

فصل مروري برمنابع به تحقيقات انجام شده توسط ساير محققين درباره بررسي حرکت نيتروژن در پروفيل خاک و نيترات خروجي از زه آب با استفاده از مدل NLEAP در ايران و ساير نقاط جهان، اختصاص پيدا کرده است.

در فصل مواد و روش ها به معرفي منطقه مورد مطالعه، نحوه اندازه­گيري داده هاي صحرايي و نحوه برآورد داده هاي مورد نياز مدل و روش اعتبار سنجي مدل پرداخته شده است.

فصل نتايج و بحث به نتايج به دست آمده از مدل NLEAP و مقايسه آن با نتايج حاصل از مدل LEACHM (بهمني، 1388) اختصاص دارد و به جمع بندي نتايج به دست آمده از تحقيق و ارايه راه­کارها و پيشنهادهاي مناسب پرداخته شده است.

1- Antonopoulos

2- Foolet R.F.

3- Roy f.

4- Sheffer  M.J

5- Hutson and wagnet

تعداد صفحه : 84

14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :              [email protected]