کليه امتيازهاي اين پاياننامه به دانشگاه بوعلي سينا تعلق دارد. در صورت استفاده از تمام يا بخشي از مطالب اين پاياننامه در مجلات،
کنفرانسها و يا سخنرانيها، بايد نام دانشگاه بوعلي سينا يا استاد راهنماي پاياننامه و نام دانشجو با ذکر مأخذ و ضمن کسب مجوز کتبي از دفتر تحصيلات تکميلي دانشگاه ثبت شود. در غير اين صورت مورد پيگرد قانوني قرار خواهد گرفت. درج آدرسهاي ذيل در کليه مقالات خارجي و داخلي مستخرج از تمام يا بخشي از مطالب اين پاياننامه در مجلات،
کنفرانس‌ها و يا سخنراني‌ها الزلمي مي‌باشد.
…………………………….., Bu-Ali Sina University, Hamedan, Iran.
…… ………………..،………..، گروه ………………..، دانشكده ………………، دانشگاه بوعلي سينا، همدان..

دانشكده کشاورزي
گروه مهندسي آب
پاياننامه براي دريافت درجه کارشناسي ارشد در رشته مهندسي کشاورزي گرايش آبياري و زهکشي
عنوان:
بررسي اثر آبشويي و حرکت نيترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گياه نيشکر
استاد راهنما:
دكتر اميد بهمني
نگارش:
بابک سيفي سلسله
؟؟؟ بهمن 1392

تقديم به:
پدر و مادر و برادران عزيزم و خانواده صبورم.

.

سپاس‌گزاري:
از استاد گرانقدر، جناب آقاي دکتر اميد بهمني به پاس دانش فراوان و حسن خلق و متانتشان
از خانم دکتر اخوان و آقاي دکتر گوهري به پاس داوري پايان نامه
از خانمها مهندس پلنگي، بابايي و آقايان مهندس خادمي، خالديان، رمضاني، جوادي، و همه عزيزاني که مرا در تهيه اين پايان نامه ياري نمودند.
.

مقدمه2
فصل اول:مرور منابع
1-1- مقدمه7
1-2-تحقيقات انجام شده8
1-3-اهميت نيتروژن11
1-4-شکل هاي مختلف نيتروژن در خاک11
1-4-1- نيتروژن موجود در مواد آلي خاک11
1-4-2- نيتروژن غير آلي11
1-4-3- نيتروژن گازي موجود در خاک12
1-5- چرخه نيتروژن در خاک12
1-5-1- معدني شدن12
1-5-2- نيتريفيکاسيون13
1-5-3- دنيتريفيکاسيون13
1-5-4- تثبيت13
1-6- آبشويي نيتروژن14
1-6-1- آبشويي نيترات14
1-6-2- آبشويي آمونيوم15
1-7- اثرات آبشويي نيتروژن15
1-8- عوامل موثر بر آبشويي نيتروژن16
1-8-1- مديريت کودهاي نيتروژني16
1-8-2- عمليات آبياري17
1-8-3- عمليات خاکورزي17
1-8-4- گونه هاي گياهي و چگونگي کشت آنها18
1-9- روش هاي کود دهي18
1-10- کود اوره18
1-11- نيشکر19
1-12- اهميت مدل ها19
فصل دوم: مواد و روش ها
2-1- مدلNLEAP22
2-1-1- تشريح مدل NLEAP GIS 4.222
2-1-2- نحوه انتقال داده در NLEAP23
2-1-3- وروديهاي مدل NLEAP28
2-1-4- خروجي هاي NLEAP GIS 4.230
2-2- واسنجي مدل32
2- 2 -1- روش اعتبار سنجي مدل32
فصل سوم: نتايج و بحث
3-1 مقدمه38
3-2- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات شبيه سازي شده در نيمرخ خاک توسط NLEAP39
3-2-1- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات خاک خاک شبيه سازي شده در تيمار N140
3-2-2- بررسي روند تغييرات غلظت نيترات خاک شبيه سازي شده در تيمار N243
3-2-3- بررسي روند تغييرات غلطت نيترات خاک شبيه سازي شده در تيمار N345
3-3- تلفات شستشو49
3-4- تلفات دينيتريفيکاسيون52
3-5- جذب گياه55
3-6- نتايج آناليز آماري جذب نيتروژن ، شستشوي نيترات و هدررفت گازي57
3-7- سناريوي جديد60
3- 7-1- شبيه سازي غلظت نيترات در خاک با تعريف سناريوي جديد کود با استفاده از مدلNLEAP60
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 گيري64
3-9- پيشنهادات66
منابع:67

جدول2- 1) نقشه شماتيک تيمارهاي اصلي و فرعي به صورت طرح آزمايشي (بهمني، 1388)36
جدول3- 1) غلظت اوليه نيترات خاک اندازه گيري شده (بهمني، 1388)38
جدول3- 2) مقايسه آماري مقادير نيترات شبيه سازي شده و اندازه گيري شده براي اعماق مختلف خاک در تيمار N140
جدول3- 3) مقايسه آماري مقادير نيترات شبيه سازي شده و اندازه گيري شده براي اعماق مختلف خاک در تيمار N243
جدول3- 4)مقايسه آماري مقادير نيترات شبيه سازي شده و اندازه گيري شده براي اعماق مختلف خاک در تيمار N346
جدول3- 5) مقايسه بين مقادير مشاهده اي و شبيه سازي شده در کل خاک و بين همه تيمارها56
شکل2- 1) پايگاه داده Access حاوي جداول سه گانه24
شکل 2-2) فايل هاي مورد نياز مدل NLEAP25
شکل2- 3) فايل هاي مدل NLEAPجهت آناليز در GIS26
شکل 2-4) انتخاب ترکيب خاک هاي مختلف با سناريو هاي مورد نظر27
شکل2- 5)دريافت اطلاعات هواشناسي از اينتزنت28
شکل 2- 6)اضافه کردن يک رويداد با استفاده از ايجاد کننده رويداد از طريق مدل NLEAP30
شکل2-7) خروجي نيتروژن در مدل NLEAP31
شکل 3- 1) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 60-30 سانتيمتري خاک در تيمار N139
شکل 3- 2)مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 90-60 سانتيمتري خاک در تيمار N139
شکل 3- 3) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 120-90 سانتيمتري خاک در تيمار N140
شکل 3- 4 ) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 60-30 سانتيمتري خاک در تيمار N242
شکل 3- 5) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 90-60 سانتيمتري خاک در تيمار N242
شکل 3- 6)مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 120-90 سانتيمتري خاک در تيمار N243
شکل 3- 7 ) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 60-30 سانتيمتري خاک در تيمار N344
شکل 3- 8) مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 90-60 سانتيمتري خاک در تيمار N345
شکل 3- 9)مقادير شبيه سازي و اندازه گيري شده مقدار نيترات باقيمانده در عمق 120-90 سانتيمتري خاک در تيمار N345
شکل 3-10)ميزان شستشوي نيترات شبيه سازي شده توسط مدل NLEAP در ماه هاي رشد در تيمار I148
شکل 3- 11(ميزان شستشوي نيترات شبيه سازي شده توسط مدل NLEAP در ماه هاي رشد در تيمار I249
شکل 3- 12)ميزان شستشوي نيترات شبيه سازي شده توسط مدل NLEAP در ماه هاي رشد در تيمار I349
شکل 3- 13)ميزان تلفات گازي شبيه سازي شده نيتروژن ناشي از دنيتريفيکاسيون توسط مدل NLEAPدر تيمار I151
شکل 3- 14)ميزان تلفات گازي شبيه سازي شده نيتروژن ناشي از دنيتريفيکاسيون توسط مدل NLEAPدر تيمار I252
شکل 3- 15)ميزان تلفات گازي شبيه سازي شده نيتروژن ناشي از دنيتريفيکاسيون توسط مدل NLEAPدر تيمار I352
شکل 3- 16) ميزان جذب نيترات شبيه سازي شده توسط NLEAPدر تيمارI154
شکل 3- 17)ميزان جذب نيترات شبيه سازي شده توسط NLEAPدر تيمارI254
شکل 3- 18)ميزان جذب نيترات شبيه سازي شده توسط NLEAPدر تيمارI355
شکل 3- 19) ميزان جذب نيترات اندازه گيري و شبيه سازي شده در تيمارهاي مختلف57
شکل 3 -20) ميزان تلفات گازي نيترات اندازه گيري و شبيه سازي شده در تيمارهاي مختلف57
شکل 3 -21) ميزان شستشوي نيتران اندازه گيري و شبيه شازي شده در تيمارهاي مختلف58
شکل 3- 22) شبيه سازي غلظت نيترات، به ازاي کاربرد 450 کيلوگرم در هکتار کود اوره59
شکل 3- 23) شبيه سازي شستشوي نيترات، به ازاي کاربرد 450 کيلوگرم در هکتار کود اوره60
شکل3- 24) شبيه سازي تلفات گازي، به ازاي کاربرد 450 کيلوگرم در هکتار کود اوره61
شکل3- 25)شبيه سازي جذب توسط گياه نيشکر، به ازاي کاربرد 450 کيلوگرم در هکتار کود اوره62

دانشگاه بوعلي سينا
مشخصات رساله/پايان نامه تحصيليعنوان:
بررسي اثر آبشويي و حرکت نيترات در خاک با استفاده از مدل NLEAP در گياه نيشکرنام نويسنده:بابک سيفي سلسلهنام استاد راهنما:دکتر اميد بهمنينام استاد مشاور:-دانشكده: کشاورزيگروه آموزشي: مهندسي آبرشته تحصيلي:کشاورزيگرايش تحصيلي:آبياري و زهکشيمقطع تحصيلي:کارشناسي ارشدتاريخ تصويب پروپوزال: تاريخ دفاع:21/12/92تعداد صفحات: 96
چکيده:
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.واژههاي کليدي:آبياري و کوددهي- غلظت نيترات در خاک- شستشوي نيترات از خاک- تلفات گازي نيتروژن- جذب گياه- مدل NLEAP GIS 4.2

مقدمه
اهميت مساله
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 تحقيق
* شبيهسازي 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 اجراي تحقيق
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 پايان 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.

فصل اول: مرور منابع

1-1- مقدمه:
گسترش روشهاي مديريتي کشاورزي که باعث کاهش اثرات زيست محيطي توليد محصولات کشاورزي شود، سالهاي زيادي است که مورد توجه پژوهشگران قرار گرفتهاست. امروزه کشاورزي پايدار امري حياتي و جهاني است. مقوله پايداري در کشاوزي نه تنها امنيت توليد و دوام بي وقفه محصولات غذايي را تضمين مي کند بلکه مسايل زيست محيطي و سلامت انسان را نيز مد نظر قرار مي دهد. براساس تعريف فائو، توسعه پايدار عبارت است از مديريت و حفاظت از منابع طبيعي پايه و جهت دادن به تغييرات فن آوري و سازماني به گونه اي که پيوسته پاسخگوي نيازهاي بشر براي زمان حال و همچنين نسل هاي آينده باشد(فائو2، 1990).
با وجود قحطيهاي مقطعي در برخي نقاط دنيا، عرضه و تأمين غذا تاکنون نيازهاي جمعيت رو به رشد جهان را برآورده ساخته است. بخشي از اين موفقيت از طريق به زير کشت در آوردن زمين هاي جديد بوده است اما از دهه 1950، عمده افزايش توليد محصولات غذايي ناشي از افزايش توليد در واحد سطح زمينهاي کشاورزي بودهاست که بخشي از آن مرهون مصرف کودهاي شيميايي مي باشد.
از ميان عناصر مختلف مورد نياز گياه، نيتروژن عنصري است که براي تمامي فرايندهاي حياتي گياه ضروري است. کاربرد کود نيتروژنه معمولا موجب افزايش سريع و مشهودي در رشد گياه مي شود و استفاده از کودهاي نيتروژن براي افزايش بازدهي کشاورزي ضروري است. يکي از بزرگترين چالش هاي کشاورزي، افزايش کارايي مصرف نيتروژن3 و بازآوري اراضي زمينهاي زراعي و به طور همزمان به حداقل رساندن تلفات نيتروژن و پيامدهاي نامطلوب آن ميباشد.
کاربرد کودها و سموم نباتي باعث واردشدن مقادير زيادي موادشيميايي به اراضي کشاورزي ميشود. وجود شبکههاي زهکشي از يک سو موجب مهار شوري و ماندابي شدن خاک است، اما از سوي ديگر باعث ميشود تا مواد شيميايي توسط زهآب هاي سطحي يا زيرزميني از اراضي خارج شده و به منابع آب بپيوندد و موجب آلوده شدن آنها شود. غلظت نيترات مجاز در آب شرب بين 10 – 50 ميلي گرم بر ليتر است(راهنماي کيفيت آب آشاميدني4، 1998). بنابراين غلظت نيترات يک معيار مهم از کيفيت آب زيرزميني است و آگاهي از ميزان غلظت اين عنصر در منابع آب و خاک از اهميت ويژه اي برخوردار است(وانگ5 ، 1997)
1-2-تحقيقات انجام شده
تحقيقات فراواني که صورت گرفته بيانگر اين مطلب بوده است رابطه بين تجمع نيترات در خاک و غلظت آن در آبهاي زيرزميني و در سيستم هاي مختلف گياهي هنوز به طور کامل شناخته نشده است، اما نشان دهنده اين موضوع است که همبستگي زيادي بين شستشوي نيترات و فاکتورهاي محيطي و مديريتي وجود دارد.
ياداو6 (1992) نشان داد که 68 درصد از NO3- – N به طور دقيق از منطقه ريشه خارج شده و حدود 20 درصد نيز در اين منطقه تمرکز يافته است که در طول سال به سمت آبهاي زيرزميني حرکت خواهند کرد.
داويس7 (1995)طبق برآوردي که انجام دادند به اين نتيجه رسيدند که ميزان NO3- – N شستشو يافته در زمينهاي کشاورزي بريتانيا در يک دوره 50 ساله به 36 کيلوگرم نيترات در هکتار افزايش يافته است و حدود يک سوم اين مقدار نيز نيترات باقي مانده در خاک بوده است.
پتروويس8(1994) مطالعاتي روي چمن انجام داد و دريافت که ميزان جذب نيتروژن توسط گياه از 5 تا 74 درصد کود به کار رفته متغير است و اين مقدار بستگي به ميزان آب به کار رفته، نوع کود، نوع گياه و تا حدي دماي خاک دارد.
همچنين ميزان شستشوي نيترات را بين 0 تا 80 درصد از ميزان کود به کار رفته گزارش دادهاند هر چند بيشتر مقادير مشاهده شده کمتر از 10 درصد بيان شده است. فاکتور اصلي و تاثيرگذار در شستشوي نيترات نوع خاک، دور آبياري، منبع نيتروژن، ميزان کود مصرفي و فصل کاربرد ذکر گرديده است.
تارکالسن9 (2006) با در نظر گرفتن 75 درصد آب مورد نياز آبياري و آبياري کامل بر روي ذرت نشان داد که شستشو و کاهش نيترات تحت رژيم کم آبياري به رطوبت خاک زير ناحيه ريشه بستگي داشته است و اين کاهش نيترات معنيدار بوده است. باوور10 (1990)گزارش داد که غلظت نيترات در آب منطقه ريشه گياهان در محدوده 100 – 5 ميلي گرم در ليتر درحال تغيير است که غلظت 40 – 20 ميلي گرم در ليتر بيشترين مقاديري است که مشاهده شده است.
آ.ک. آلوا11(2006) با تحقيقي که بر روي مرکبات انجام داد به اين نتيجه رسيد که حدود 15 درصد از نيترات به زير ناحيه ريشه انتقال يافته و همچنين دريافت که برآورد مدل LEACHM از ميزان شستشوي نيترات خيلي نزديک به ميزان واقعي است.
جانسن12 (1997) با کاربرد ازت نشان داد در مراتع و مزارع شبدر در مناطقي که بارندگي ساليانه بيش از 750 ميليمتر است ميزان ازت خروجي از طريق آبشويي به ترتيب 37 و 54 درصد ازت مصرفي بوده است.
وايدنفلد در سال (2000) به اين نتيجه رسيد که اگر در يك دوره كوتاه نيشكر تحت استرس آبي قرار بگيرد و سپس وضع به حالت عادي برگردد گياه اين توانايي را دارد كه اثر تنش كوتاه مدت را جبران كند.
بهمني و همکاران(1388) به بررسي ميزان تجمع نيترات و آمونيوم در نيمرخ خاک تحت رژيم هاي آبي و کودي مختلف با استفاده از مدل LEACHM پرداختند و نتيجه مقايسه مقادير شبيه سازي اين فاکتورها را در نيمرخ خاک با داده هاي به دست آمده از مزرعه قابل قبول دانستند.
كاوياني و همكاران ( 1389 ) : در تحقيقي در مزرعه آموزش و پژوهشي دانشكده كشاورزي كرج با هدف شناسايي عوامل موثر بر بالا بودن غلظت نيترات آبشويي شده و همچنين ارائه راهكارهاي مناسب براي كاهش ميزان آبشويي نيترات و حفظ كيفيت سفره آب زير زميني كرج، سامانه اطلاعات جغرافيايي ( GIS ) را براي نمايش روند تغييرات مكاني و زماني آبشويي نيترات و مدل كامپيوتري NLEAP را پس از كاليبراسيون، جهت بررسي وضعيت سفره آب زيرزميني تحت تاثير اجراي سناريوهاي مختلف مديريت آب و كود مورد استفاده قرار دادند. در نهايت دستيابي به بهترين وضعيت كيفي سفره آب زير زميني در مديريت توأمان آبياري و كود دهي در سطح مزارع بدست آمد.
در يك تحقيق توسط سادك13 و همكاران ( 2002 )، از مدل DRAINMOD-N براي شبيه سازي انتقال نيترات در يك منطقه شني به مدت 30 سال استفاده شده. در اين بررسي كشت متناوب ذرت فرض شده بود.
مقايسه بين داده هاي اندازه گيري شده و متغييرهاي شبيه سازي شده نشان داد كه غلظت نيترات در خاك و آب زهكشي با مديريت مناسب كوددهي، شرايط اوليه و عمق بازندگي و توزيع آن كنترل شده است.
لاوري14 ( 1998 ) گزارش كرد: علت تخريب اكوسيستم در خليج مكزيك ورود جريانهاي زيرزميني حاوي غلظت هاي بالاي نيترات از اراضي كشت سيب زميني در امريكا شناسايي شده است. و طي تحقيقي راههايي نيز براي كاهش نفوذ عمقي آب و آبشويي نيترات از اين اراضي شني پيشنهاد شد. با تغيير الگوي مصرف كود و روش آبياري علاوه بر حفظ مقدار توليد محصول، روند افزايشي آلودگي منابع آب به غلظت هاي زيادي نتيرات را كنترل نمودهاند.
نبيپور و همكاران ( 1390 ) در يك تحقق آزمايش با استفاده از شرايط گلخانه تيمارهاي مختلف كودي شامل كود اوره، كود گاوي و لجن فاضلاب شهري را به ستون خاك اضافه كردند و پس از آبشويي به اندازه گيري غلظت نيتراتها پرداختند. نتايج نشان داد كه در آبياري اول غلظت نيترات به طور معني داري بيشتر از ساير دورهاي آبياري بود و بيشترين ميزان نيترات نيز مربوط به تيمار كود اوره بود. علاوه بر اين توزيع نيترات در ستون خاك نشان داد كه از سطح تا عمق 20 سانتي متري خاك مقدار نيترات افزايش و پس از آن كاهش يافت.
روي15 ( 2001 ) مدل NLEAP را بر روي مزارع ذرت و گوجه فرنگي مورد استفاده قرار دارند. و پس از کاليبراسيون و اعمال مديريت هاي مختلف، مديريت توأمان آب و كود را به صورت كاربرد سامانه هاي باراندمان بالاتر آبياري، تعيين زمان و مقدار مناسب كود و همچنين پيش بيني زمان بارندگي به عنوان بهترين روش هاي مديريتي كنترل و كاهش آبشويي نيترات به سمت سفره آب زيرزميني در كنار دستيابي به حداكثر محصول را مطرح نمودند.
فولت و همکاران(1995) در تحقيقي مديريت مصرف نيتروژن را جهت بررسي کيفيت آب زيرزميني و سودبخشي مزرعه مطالعه کردند و نشان دادند که بارندگي يا آبياري يک تا دو روز پس از کود پاشي سبب بيشترين ميزان آبشويي نيترات در زير منطقه توسعه ريشهها خواهد بود. در اين تحقيق نتايج به دست آمده از مزرعه با خروجي مدل NLEAP انطباق زيادي نشان ميدهد.

فرايند حرکت آب و آبشويي نيتروژن در پروفيل خاک بسيار پيچيده است. ولي شناخت چگونگي حرکت نيتروژن در پروفيل خاک و عوامل موثر برحرکت آن، کمک موثري در جلوگيري از تلفات عناصر غذايي، جلوگيري از آلودگي آبهاي سطحي و زيرزميني و خاک و به طور کلي مديريت صحيح و کاهش آبشويي نيترات از منطقه رشد ريشه مي نمايد( رهبري و همکاران، 1385).
1-3-اهميت نيتروژن
نيتروژن از عناصر ضروري گياه بوده و نقش بسيار مهمي در تغذيه گياه دارا مي باشد. اين عنصر در جزء ساختمان کلروفيل، در ترکيب ساختمان نوکلئيکاسيدها(RNA و DNA) و در ساختمان پروتئين ها نقش هاي عمده اي دارد، همچنين افزايش دهنده فعاليت و توسعه ريشه بوده و در جذب ساير عناصر غذايي و براي مصرف کربوهيدارتها مورد نياز است. نيتروژن بيشتر از هر عنصر ديگر عامل محدود کننده رشد ميباشد. به دليل آنکه اين عنصر به مقدار زياد به وسيله گياهان از خاک جذب مي شود، بنابراين تأمين نيتروژن قابل استفاده کافي در خاک براي رشد بهينه از اهميت ويژه اي برخوردار است.( يثربي و همکاران، 1382)

1-4-شکل هاي مختلف نيتروژن در خاک
1-4-1- نيتروژن موجود در مواد آلي خاک
نيتروژن آلي قسمت قابلتوجه از نيتروژن کل خاک را تشکيل ميدهد. بنابراين براساس گزارش(استيونسون16 ، 1996) شکل هاي نيتروژن آلي در برگيرنده آمينو اسيدها، قندهاي آمين دار، آمونيومي، غير محلول در اسيد17، قابل هيدروليز ناشناخته18 هستند. تعيين ترکيبات آلي موجود در خاک نيازمند جداسازي مواد آلي از مواد معدني خاک است.
1-4-2- نيتروژن غير آلي
نيتروژن معدني بيشتر به شکل آمونيوم(NH4-N) و نيترات(NO3-N) در خاک يافت ميشود. در خاک هاي با PH بالا گاهي مقدار کمي نيتريت نيز ممکن است يافت شود، اما نيترات فرم اصلي و غالب مي باشد. آمونيوم به سه شکل قابل تبادل، تثبيت شده و مقدار کمي به صورت محلول در خاک يافت مي شود.

1-4-3- نيتروژن گازي موجود در خاک
گاز نيتروژن به شکل ترکيبات N2O و N2 در خلل و فرج خاک يافت مي شود و مي تواند با ترکيبات گازي اتمسفر تبادل نمايد. نيتروژن موجود در خلل و فرج خاک توسط ميکروبهاي موجود در ناحيه ريشه ثبيت مي شود.

1-5- چرخه نيتروژن در خاک
اشکال مختلف در خاک به يکديگر قابل تبديل بوده و تحت تأثير دگرگوني هاي مختلف در محيط به صورت چرخه در ميآيند. مراحل دگرساني شامل معدني شدن( آمينهشدن، آمونيفيکاسيون19، نيتريفيکاسيون20) تثبيت شدن و تثبيت آمونيوم(توسط رس معدني و مواد آلي خاک) مي باشد.
1-5-1- معدني شدن
بزرگترين منبع عناصر غذايي در بسياري از خاک هايي که باکود تقويت نمي شوند ترکيبات آلي مي باشد. مرحله اي که نيتروژن آلي خاک معدني ميشود را مرحله ميکروبي مينامند که در اين مرحله اشکال نيتروژن آلي در خاک به اشکال غيرآلي(آمونيوم، نيترات و نيتريت) تبديل ميشود. معدني شدن در سه مرحله تحت عناوين آمينهشدن، آمونياکسازي و نيتراتسازي انجام ميشود. مراحل اول و دوم به کمک موجودات دگرساز و مرحله سوم به وسيله باکتري هاي خودساز انجام مي شود( پاراسادو پاور21 ، 1997). تحت شرايط مطلوب ساليانه حدود چهار درصد نيتروژن خاک معدني مي شود. يکي از اين شرايط مناسب بودن نسبت کربن به نيتروژن (C/N) که حدود 1 به 12 است مي باشد. اضافه کردن موادي مثل کلش ذرت، گندم و جو با عنايت به اينکه نسبت (C/N) بالاتري دارند(بيش از 100) سبب افزايش جمعيت ميکروبي و در نتيجه بروز کمبود نيتروژن خواهد گرديد.
از آنجا که نخستين ماده اي که در اثر معدني شدن نيتروژن ايجاد مي شود، آمونياک است لذا به اين فرايند آمونيفيکاسيون نيز مي گويند.
1-5-2- نيتريفيکاسيون
در فرايند نيتريفيکاسيون، NH4+ توسط گروه ويژه اي از باکتريهاي خاک اکسيد شده و ابتدا نيتريت حاصل مي شود، سپس نيتريت حاصل شده نيز توسط گروهي از باکتريها به نيترات اکسيده مي شود.
2NH2+ + 3O2= 2NO2- + 2HN2O + 4H+
2NO2- + O2 = 2NO3-
فرايند نيتريفيکاسيون به فاکتورهاي محيطي از قبيل دما ، رطوبت و PH خاک حساس است. اين فرايند به ميزان قابل توجهي تحت تأثير دما است. به طوريکه در دماي پايين تر از C°5 و بالاتر از C°40 خيلي کند مي شود. نيترات سازها به H+ حساس هستند و فعاليت آن ها در PH کمتر از 6 کاهش يافته و در PH کمتر از 5 ناچيز مي باشد. PH بهينه براي نيتراتسازها 6/6 تا 8 و يا بيشتر است. تمام نيترات سازها به اکسيژن نيازمندند و در غياب اکسيژن نيترات سازي متوقف مي شود. به همين دليل نيترات سازي به ساختمان خاک و مقدار آب حساس است.
1-5-3- دنيتريفيکاسيون
نيتراتزدايي به معني احياي نيترات و نيتريت به No ، N2O و N2 بوده و تابع غلظت نيترات، واکنش خاک، درجه حرارت، مواد آلي و غيره مي باشد. ميزان هدررفت نيتروژن گازي شکل از طريق نيترات زدايي کودهاي نيتروژنه به دليل تنوع عوامل کنترل کننده آن بسيار متفاوت مي باشد. فرايند دنيتريفيکاسيون نيز تحت تأثير رطوبت خاک، دما و PH قرار مي گيرد. رطوبت خاک يک فاکتور کليدي مهم در تنظيم اين فرايند است که نشان دهنده موجوديت اکسيژن در خاک براي تنفس موجودات هوازي خاک است.
1-5-4- تثبيت
تثبيت نيتروژن هنگامي رخ ميدهد که نيتروژن غير آلي موجود در خاک از طريق فعاليتهاي ميکروبي به اشکال آلي تبديل شود. تثبيت نيتروژن خاک يا کودهاي نيتروژني زماني اتفاق ميافتد که ميزان زيادي ترکيبات کربندار(پسماند کاه غلات و نيشکر) در خاک به کار ميرود. اضافه کردن مواد چوبي بدون اضافهکردن کودهاي نيتروژني موجب کاهش نيتروژن خاک ميشود. زماني که درصد نيتروژن خاک از 5/1 درصد تا 2/1 کمتر و يا نسبت (C/N) بيشتر از 30 شود تثبيت نيتروژن اهميت بيشتري مي يابد(شپرش 1 و موزير‌2 ، 1991) اضافه نمودن کودهاي نيتروژني با موادآلي با مقدار نيتروژن بالا مي تواند خسارت ناشي از تثبيت نيتروژن در خاک را کاهش دهد.
1-6- آبشويي نيتروژن
1-6-1- آبشويي نيترات
در شرايط غير اشباع هنگامي که رطوبت خاک کمتر از ظرفيت زراعي باشد، جابجايي نيترات در محلول خاک به دليل وجود شيب غلظت عمدتا از طريق پخشيدگي در مقايسه با جريان توده اي بسيار ناچيز است. آبشويي يک فرايند غير زنده بوده و از طريق پخشيدگي و انتشار صورت مي گيرد. معادله اي که معمولا براي انتشار و پخشيدگي بکار مي رود و در آبشويي نيترات نيز کاملا صادق است به صورت رابطه زير ميباشد:

C غلظت نيترات (ميلي گرم بر ليتر) ، D ميانگين ضريب انتشار ظاهري (سانتي متر مربع بر روز) ، V0 ميانگين شدت جريان در منافذ (سانتي متر بر روز)، که با تقسيم سرعت جريان آب به مقدار رطوبت حجمي خاک به دست مي آيد. Z فاصله خطي در جهت جريان (سانتي متر)، و T زمان (روز) است. معادله فوق براي خاک هاي يکنواخت و حالت ماندگار آب خاک صادق است. معادله نشان مي دهد که شدت جريان با حجم آبشويي متناسب بوده و با رطوبت حجمي خاک رابطه عکس دارد.
ضريب انتشار نيترات در خاکهاي مختلف بر پايه اندازه رطوبت آنها متفاوت بوده و از 5/0 تا 5/1 سانتيمتر بر روز تغيير مي کند. لکن مسافت طيشده با جريان روان بسيار بيشتر از رقم فوق مي باشد.

1-6-2- آبشويي آمونيوم
به طور کلي تصور ميشود که نيتروژن آمونيومي در خاک رسوب مينمايد و يا نيتروژن آمونيومي توليد شده در خاک کاملا متحرک است به خصوص زماني که با نيتروژن نيتراتي مقايسه مي شود. آبشويي نيترات از خاک به طور وسيع توسط برادي22 (1990) مورد بحث قرار گرفت و اين محقق فقط پنج سرنوشت يعني اختصاص به ميکروارگانيسم ها، تصعيد به اتمسفر، نيتريفيکاسيون، جذب به وسيله گياه و تثبيت بين لايه اي را براي آمونيوم در نظرگرفت و به آبشويي آمونيوم اشاره اي ننمود. اگرچه آبشويي نيترات به صورت وسيعي در مديريت خاک ها مورد توجه قرار گرفته است. اما از پتانسيل هدر رفت آمونيوم به وسيله آبشويي به طور کلي صرف نظر مي شود. فرض اينکه آمونيوم روي مکان هاي قابل تبادل کاتيوني نگه داشته مي شود بر پايه اين مشاهدات است که نيترات درون خاک بسيار متحرک بوده و غلظت آمونيوم در آب هاي زهکشي شده عموماً پايين تر از نيترات است. به دليل ناپايداري آمونيوم در خاک و تبديل سريع آن به نيترات طي فرايند نيتراتي شدن مطالعات انجام شده روي آبشويي آمونيوم در خاکهاي کشاورزي محدود مي باشد.
1-7- اثرات آبشويي نيتروژن
فهم فرايند آبشويي نيتروژن از اراضي کشاورزي به دلايل متعدد حائز اهميت ميباشد. نيتروژني که به زير ناحيه ريشه گياهان شسته ميشود، نماينده هدر رفت يک عنصر با ارزش گياهي است و بنابراين ضرر اقتصادي براي کشاورزي محسوب ميشود.
نيترات بسيار متحرک بوده و غلظت زياد آن در آب اثرات منفي بر سلامت انسان ، حيوان و به طور کلي محيط زيست دارد. غلظت بالاي نيترات در آب آشاميدني خطر ابتلا به انواع سرطانها، خصوصا سرطانهاي دستگاه گوارش از جمله سرطان معده، روده، زبان و سرطانهاي دهاني را افزايش مي دهد. رابطه بين غلظت نيترات در آب آشاميدني و بيماري متهموگلوبينا23 و سيانوسيس24 در کودکان کاملا شناخته شده است. نيترات موجود در آب آشاميدني پس از مصرف به وسيله کودکان توسط باکتري هاي کاهنده نيترات به نيتريت احيا مي شود. نيتريت از جمله ترکيباتي است که هموگلوبين( ناقل اکسيژن در خون) را به شکل غير فعال مت هموگلوبين تبديل مينمايد. اين تغيير شکل برگشتپذير ميباشد. هنگامي که اين تبديل از 10 درصد تجاوز نمايد نشانههاي باليني مانند خاکستري يا آبيرنگ شدن پوست، ظاهر ميشود و اينحالت مت هموگلوبينميا ناميده ميشود.
دامها نيز ممکن است از علايم چندين عارضه و بيماري ناشي از وجود مقادير زياد نيترات در آب آشاميدني نظير متهموگلوبينميا، اختلالات توليد مثلي، سقط جنين وکاهش توليد شير رنج ببرند(فيوترل25 ، 2004). جنبه ديگر نگراني از افزايش غلظت نيترات در آب، ترس از غني شدن26 آبهاي سطحي ميباشد که موجبات رشد زيانآور گياهانآبزي و پلانکتونها را فراهم مي آورد. به دنبال فرايند غني شدن مشکلاتي مثل ايجاد مانع در قايقراني و کشتيراني به واسطه رشد پر تراکم علف هاي هرز، مسدود شدن کانالهاي آبياري به وسيله جلبک



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید