بسط روابطی به منظور تخمین الگوی توزیع نیترات در سیستم آبیاری قطره‌ای زیر سطحی

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه کردستان

2 عضو هیات علمی گروه کشاورزی دانشگاه پیام نور

چکیده

سابقه و هدف: کاربرد همزمان کود و آب در سیستم آبیاری قطره‌ای به عنوان یک روش موثر و اقتصادی برای کشاورزی شناخته شده است. همچنین عدم مدیریت بهینه در آبیاری قطره‌ای باعث عدم کارایی توزیع آب و کود می‌شود. بدین وسیله مصرف بیش از حد آب و نیتروژن نه تنها عملکرد محصول را کاهش می‌دهد بلکه باعث آلوده شدن آبهای زیر زمینی می‌شود. با توجه به اینکه کیفیت آب سطحی و زیر زمینی در مناطق خشک از اهمیت قابل توجهی برخوردار است پس یک دستورالعمل جامع برای مدیریت کردن سیستم آبیاری قطره‌ای به منظور کشاورزی پایدار امری ضروری است.
مواد و روشها: شبیه‌سازی توزیع نیترات در خاک با استفاده پارامترهای زودیافت می‌تواند کمک شایانی به طراحی سیستم-های آبیاری قطره‌ای زیر سطحی کند. در این مطالعه، به منظور شبیه‌سازی آن، آزمایش‌هایی برروی سه نوع بافت مختلف خاک و با هدف ارائة معادلاتی به منظور تخمین توزیع نیترات در خاک در جهات مختلف در سیستم‌های آبیاری قطره‌ای سطحی انجام پذیرفت.در این تحقیق، آزمایش‌ها در یک مدل پلکسی‌گلاس شفاف با ابعاد m5/0×m22/1×m3 و برروی سه نوع بافت (متوسط، سنگین و سبک) به انجام رسید. قطره‌چکان‌ها در سه عمق cm15، cm30 و cm45 مورد ارزیابی قرار گرفتند. دبی‌ قطره‌چکان‌ها با زمان آبیاری 6 ساعت و با مقادیر 4/2 (Q1)، 4 (Q2)و 6 (Q3) لیتر در ساعت اعمال گردید. همچنین تیمارهای کود آبیاری شامل سه تیمار با غلظت نیترات 125، 250 و 375 میلی گرم در لیتر بود. به منظور اعمال تیمارهای کود آبیاری در این تحقیق از کود اوره (CH4N2O) (46 درصد ازت) استفاده گردید.
یافته‌ها: سپس، به کمک قضیه π باکینگهام و با استفاده از آنالیز ابعادی روابطی به منظور شبیه‌سازی توزیع نیترات در سیستم‌های آبیاری قطره‌ای زیر سطحی و برای سه نوع بافت مورد بررسی ارائه گردید که تابعی از نیترات اولیه خاک، غلظت نیترات در کود آبیاری، رطوبت اولیه خاک، فاصله شعاعی نقاط مورد نظر، حجم آب کاربردی در زمان آبیاری، هدایت هیدرولیکی خاک و دبی قطره‌چکان می-باشد. نتایج ارزیابی بین مقادیر اندازه‌گیری و شبیه‌سازی شده برای مدلهای توزیع نیترات در خاک بیانگر آن است که این مدلها علی رغم پیچدگی خاص توزیع یون نیترات (به دلیل فعل و انفعالات و واکنشهایی که نیترات در خاک انجام می‌دهد که شامل پدیده نیتریفیکاسیون و دی‌نیتریفیکاسیون می‌باشد) در خاک، دارای عملکرد مناسبی می‌باشد. نتایج ارزیابی بین مقادیر اندازه-گیری و شبیه‌سازی در خاک مورد استفاده در این تحقیق نشان می‌دهد که این مدلها برای اعماق مختلف نصب قطره‌چکان دارای پیش‌بینی نسبتاً مناسبی بوده و همچنین پارامترهای آماری مربوط به این ارزیابی نیز نشان داد که این پارامترها در دامنه قابل قبولی می‌باشد.
نتیجه‌گیری: نتایج مقایسه بین مقادیر اندازه‌گیری‌شده و شبیه‌سازی‌شده نشان داد که این مدل‌ها با دقت بالایی نیترات را پیش‌بینی می-کنند. کاربرد این معادلات در طراحی سیستم‌های آبیاری قطره‌ای زیر سطحی می‌تواند منجر به بهود عملکرد این سیستم‌ها گردد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Developing Equations to estimate Nitrate Distribution Pattern in Subsurface Drip Irrigation Systems

نویسندگان [English]

  • Bakhtiar Karimi 1
  • Adel Soltani 2
1
2
چکیده [English]

Background and objective: 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 carried out 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: Then, using the- theorem of Buckingham and Dimension Analysis (DA), equations were developed to estimate the pattern of nitrate distribution pattern (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 conidtions (due to the interactions and reactions of nitrates in the soil due to the phenomenon of the nitrification and denitrification), have a good performance. Result showed that error statistical parameters related to comparisons between simulated and observed values are in an acceptable range.
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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dimension analysis
  • Nitrate
  • Surface drip irrigation
  • simulation

مراجع

1.Blaine, R.H., Simunek, J., and Hopmans, J.W. 2006. Evaluation of urea–ammonium–nitrate fertigation with drip irrigation using numerical modeling. Agricultural water management. 86: 102-113.
2.Bufon, V.B. 2010. Optimizing Subsurface Drip Irrigation Design and Management with Hydrus-2D/3D Model. Ph.D. thesis, Texas Tech University.
3.Kandelous, M.M., and Simunek, J. 2010a. Comparison of numerical, analytical and empirical models to estimate wetting pattern for surface and subsurface drip irrigation. Irrig. Sci.
28: 435-444.
4.Kandelous, M.M., and Simunek, J. 2010b. Numerical simulations of water movement in a subsurface drip irrigation systemunder field and laboratory conditions using HYDRUS-2D. Agri. Water Manage. 97: 1070-1076.
5.Karimi, B., Sohrabi, T., Mirzaei, F., and Ababaei, B. 2015a. Developing Equations to Estimate the Advance Velocity of the Wetting Front in Surface and Subsurface Drip Irrigation Systems by Dimensional Analysis. Water and Soil Science. 25: 1. 101-112.
6.Karimi, B., Sohrabi, T., Mirzaei, F., and Ababaei, B. 2015b. Developing Equations to Predict the PatternofSoils Moisture Redistribution in Surface and Subsurface Drip Irrigation Systems Using Dimension Analysis. Water and Soil Conservation. 21: 6. 223-237.
7.Lamm, F.R., Ayars, J.E., and Nakayama, F.S. 2007. Micro Irrigation for Crop Production (Design, Operation and Management). Elsevier book.
8.Lamm, F.R., Schlege, A.J., and Clark, G.A. 2004. Development of a best management practice for nitrogen fertigation of corn using SDI. Applied Engineering Agriculture.
20: 2. 211-220.
9.Lazarovitch, N., Warrick, A.W., Furman, A., and Simunek, J. 2007. Subsurface water distribution from drip irrigation described by moment analyses.Vadose Zone J. 6: 116-123.
10.Li, J., Zhang, J., and Rao, M. 2004. Wetting Pattern and Nitrogen Distribution as Affected by Fertilization Strategies from a Surface Point Source. Agri. Water Manage. 67: 89-104.
11.Li, J., Sheng, J.H.Y., Li, B., and Liu, Y. 2007. Wetting patterns and nitrate distributions in layered-textural soils under drip irrigation. Agricultural Sciences in China. 6: 970. 970-980.
12.Jiusheng, L., Yoder, R.E., Odhiambo, L.O., and Zhang, J. 2004. Simulation of nitrate distribution under Simulation of nitrate distribution under drip irrigation using artificial neural networks. J. Irrig. Sci. 23: 29-37.
13.Mirzaei, F., Liaghat, A.M., Sohrabi, T.M., and Omid, M. 2005.Simulation of the wetting front from a linear source in tape irrigation systems. J. Agric. Engin. Res. 6: 23. 53-66.
14.Provenzano, G. 2007. Using HYDRUS-2D simulation model to evaluate wetted soil volume in subsurface drip irrigation systems. J. Irrig. Drain. Eng. 133: 4. 342-349.
15.Siyal, A.A., and Skaggs, T.H. 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe sub-surface irrigation. Agricultural water management. 96: 893-904.
16.Singh, D.K., Rajput, T.B.S., Singh, D.K., Sikarwar, H.S., Sahoo, R.N., and Ahmad, T. 2006. Simulation of soil wetting pattern with subsurface drip irrigation from line source. J. Agric. Water Manage. 83: 130-134.
17.Sheng, S.Q., Zuoxin, L., Zhenying, W., and Haijun, L. 2007. Simulation of the soil
wetting shape under porous pipe sub irrigation using dimensional Analysis. J. Irrig. Drain. 56: 389-398.
مجله پژوهش‌های حفاظت آب و خاک
دوره 23، شماره 4
مهر 1395
صفحه 137-154

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار