Skip to main content
SUPERVISOR
محمد شایان نژاد (استاد مشاور) جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما) عدنان صادقی لاری (استاد مشاور) حامد نوذری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammadmahdi Matinzadeh
محمدمهدی متین زاده

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Development of an Innovative Integrated Model for the Simulation of Nitrogen Dynamics in Farmlands with Drainage Systems using the System Dynamics Approach
In the subsurface drainage system, there is a high potential for nitrate leaching, causing the pollution of both surface and ground water. In this research, a simple but comprehensive process-based model was developed for simulating the water flow and nitrogen dynamics. Processes considered in this model included all the important processes involved in nitrogen transformations, as well as nitrogen traort. Nitrogen transformation processes comprised fertilizer dissolution, nitrification, denitrification, ammonium volatilization, mineralization and immobilization. The nitrogen traort processes included nitrogen uptake by the plant, soil adsorption, upward flux, surface runoff losses and drain losses in the fields with the drainage network. For model evaluation, the measured data obtained from Imam agro-industrial Company, in Khuzestan, Iran, were used. Computed RMSE of the simulated water table, the drainage discharge rate, nitrate and ammonium concentration in drainage water were determined to be 14.58cm,1.82mm/day,1.73mg/L and 0.48mg/L, respectively. The results indicated a good agreement between the observed and simulated data. This model could be, therefore, used for fertilizer management, thereby reducing the concentration of nitrate and ammonium in the drainage water and helping to prevent the environmental pollution. Key words: Nitrogen simulation model, subsurface drainage system, System dynamics approach, Drainage water quality modeling.
در سامانه زهکش زیرزمینی پتانسیل برای آبشویی نیترات و در نتیجه آلودگی منابع آب های سطحی و زیرزمینی بسیار زیاد است. در این پژوهش مدلی جامع برای شبیه سازی چرخه آب و پویایی نیتروژن شامل تمام فرآیندهای مهم تغییر و تبدیلات نیتروژن (انحلال کود، نیترات زایی، نیترات زدایی، تصعید آمونیوم، معدنی شدن، عدم تحرک) و همه مهمترین فرآیندهای انتقال نیتروژن شامل (برداشت نیتروژن توسط گیاه، جذب ذرات خاک، جریان روبه بالا، تلفات رواناب سطحی و تلفات ناشی از زهکشی) در مقیاس مزرعه ای، با استفاده از روش پویایی سیستم توسعه داده شد. برای ارزیابی مدل از داده های جمع آوری شده از کشت و صنعت نیشکر امام خمینی (ره) مجهز به سامانه زهکش زیرزمینی استفاده گردید. نتایج نشان داد هم خوانی خوبی بین متغیرهای مشاهده شده و شبیه سازی وجود دارد و غلظت نیترات و آمونیوم خروجی از لوله زهکش در زمین های با سامانه زهکشی تابعی از هیدرولیک جریان به سمت زهکش است. برای مدیریت کود در این کشت و صنعت، نه سناریوی کوددهی در سطوح مختلف کود اوره شامل یک سناریوی kg/ha400، دو سناریوی تقسیط kg/ha 350، دو سناریوی تقسیط kg/ha 325، دو سناریوی تقسیط kg/ha 300، یک سناریوی kg/ha 280 و یک سناریو kg/ha210 مدل سازی گردید. نتایج نشان داد که سناریوی kg/ha 210 دارای بیشترین کارایی مصرف نیتروژن به مقدار 3/52 درصد و کمترین تلفات نیتروژن شامل نیترات زدائی، تصعید آمونیوم و تلفات زهکشی به ترتیب برابر 82/17، 16/7 و 59/92 کیلوگرم در هکتار بود. علاوه بر آن، نتایج نشان داد که افزایش مصرف کود اوره از مقدار kg/ha210 باعث افزایش مجموع تلفات نیتروژن و کاهش راندمان مصرف نیتروژن می شود. از طرف دیگر، پنج سناریوی مختلف مدل سازی شامل چهار سناریوی مدیریت آب آبیاری به میزان 5، 10، 15 و 20 درصد کاهش در مقدار آب آبیاری نسبت به وضعیت موجود آبیاری در این کشت و صنعت، و یک سناریوی مدیریت توأم آب و کود (20 درصد کاهش مقدار آب آبیاری و kg/ha210 کود اوره، I 4 F) اجرا گردید. نتایج مدل سازی نشان داد که سناریو I 4 F، باعث کاهش شدت زهکشی تجمعی، تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه آب، مجموع تلفات تجمعی نیترات و آمونیوم زه آب و تلفات تجمعی نیترات زدایی به میزان به ترتیب برابر با 31، 70، 71، 70، و 85 درصد می گردد که علاوه بر آنکه باعث صرفه جویی در آب و کود مصرفی می شود، باعث کاهش مؤثر در آلودگی محیط زیست می گردد. بنابراین سناریوی I 4 F (آبیاری به مقدار 2656 میلی متر برای شش ماه و 210 کیلوگرم بر هکتار کود اوره) برای نیشکر در کشت و صنعت نیشکر امام خمینی توصیه می شود. همچنین، بیست و چهار سناریوی مدل سازی طراحی سامانه زهکش زیرزمینی شامل ترکیب چهار عمق زهکش (1/1، 4/1، 7/1 و 2 متر) و شش فاصله زهکش (50، 60، 70، 80، 90 و 100 متر) برای مقایسه تأثیر ترکیب عمق و فاصله زهکش بر میزان برداشت نیتروژن توسط گیاه، نیترات زدایی، معدنی شدن خالص، تلفات آمونیوم از طریق رواناب، تلفات نیترات و آمونیوم از طریق زهکشی، مجموع آب اضافی، شاخص روز-تنش و عملکرد نسبی محصول اجرا گردید. با توجه به معیارهای زیست محیطی و نتایج این پژوهش، برای کاهش تلفات کودی در حد امکان می بایست فاصله زهکش ها افزایش و عمق زهکش کاهش داده شود. بنابراین در این منطقه، تراکم بهینه سیستم زهکشی بطوریکه مجموع تلفات زهکشی نیترات و آمونیوم را به کمتر از kg/ha25 کاهش دهد و عملکرد نسبی محصول را به مقدار 90 درصد حفظ کند، عمق و فاصله 1/1 متر و 80 متر پیشنهاد می شود. واژه های کلیدی: معادلات رایج زهکشی، معادلات جدید زهکشی، تلفات نیتروژن، مدل سازی مدیریت آب و کود، مدل سازی عمق و فاصله زهکش

ارتقاء امنیت وب با وف بومی