اثر رطوبت خاك بر ضرايب تبديل چرخه نيتروژن در آبياري جويچه‌اي گياه ذرت با استفاده از مدل HYDRUS–1D

Impact of moisture analysis on coefficients of nitrogen cycle conversion under maize furrow irrigation using HYDRUS-1D model

سابقه و هدف: پيچيدگي، تنوع و مديريت نادرست آلاينده‌هاي كشاورزي و حجم زياد تلفات آب به‌دليل طراحي و مديريت نادرست سيستم‌هاي آبياري و زهكشي، منجر به افزايش سهم كشاورزي در آلودگي منابع آب، خاك و محيط زيست شده است. كنترل و كاهش آلودگي نيتروژن موجود در كود نيازمند شناخت چرخه بيولوژيكي آن‌ها در اكوسيستم مي‌باشد. استفاده از مدل‌هاي شبيه‌ساز راهكار موثري در شناخت فرآيندهاي پيچيده مانند چرخه نيتروژن در خاك است. هدف از اين پژوهش شبيه‌سازي چرخه نيتروژن با استفاده از مدل HYDRUS–1D و ارزيابي تاثير ميزان رطوبت خاك بر ضريب نيترات‌زدايي در يك سيستم كود آبياري جويچه‌اي است. مواد و روش‌ها: به‌منظور دستيابي به اهداف پژوهش، آزمايش‌هاي صحرايي كود آبياري جويچه‌اي تحت رژيم جريان ثابت در جويچه‌هايي به طول 83 متر در خاكي با بافت لوم رسي در كرج در سال 1386 انجام شد. از مدل HYDRUS–1D براي شبيه‌سازي چرخه نيتروژن در كودآبياري جويچه‌اي استفاده شد. ضرايب تبديل چرخه نيتروژن شامل ضرايب انتشارپذيري و تبديل‌هاي مرتبه يك نيترات‌زدايي بر اساس داده‌هاي مشاهده‌اي رطوبت و غلظت نيترات خاك با استفاده از روش معكوس مدل HYDRUS–1D در مرحله واسنجي به‌دست آمدند. به‌منظور بررسي اثر حضور گياه بر چرخه نيتروژن، مدل در حالت حضور و عدم حضور گياه مورد بررسي قرار گرفت. يافته‌ها: نتايج نشان داد روش ونگنوختن معلم اصلاحي با متوسط ريشه ميانگين مجذور خطاي غلظت نيترات (ميلي‌گرم بر ليتر) و رطوبت (درصد) خاك 02879/0 و ضريب تبيين 9899/0 در شرايط حضور گياه توانست برآورد بهتري از ضرايب چرخه نيتروژن در آبياري جويچه‌اي گياه ذرت ارايه نمايد. همچنين حداكثر رطوبت خاك كه در آن نيترات‌زدايي روي داد، 50 درصد مقدار رطوبت اشباع به‌دست آمد. ضمن آن‌كه نتايج نشان داد استفاده از ضريب نيترات‌زدايي در شبيه‌سازي چرخه نيتروژن در كود آبياري جويچه‌اي ذرت منجر به بهبود نتايج مي‌گردد. نتيجه‌گيري: نتايج نشان داد كه خصوصيات هيدروليكي خاك و گياه نسبت به درصد بي‌هوازي بودن محيط اثر بيش‌تري بر تبديل نيترات به شكل‌هاي نيتريت و گاز نيتروژن دارند.

Background and Objectives: Complexity, variety and improper management of agricultural contaminants and high volume of water losses due to improve design and management of irrigation and drainage systems increase share of agriculture in water resources, soil and environment contamination. Control and reducing of nitrogen pollution caused by fertilizer is needed to understand the biological cycle in the ecosystem. Simulation models are effective tools for understanding complex processes such as the nitrogen cycle in soil. The aim of this study was to simulate nitrogen cycle and evaluate the impact of soil moisture content on denitrificaton rate under furrow fertigation systems using HYDRUS–1D model. Materials and Methods: To achieve the aim of this study, field experiments were conducted under constant furrow fertigation in the furrow with 83 meters length and clay loam soil texture in Karaj in 2007. HYDRUS-1D was used to simulate nitrogen cycle in fertigation. The conversion coefficients of nitrogen cycle included dispersion coefficient and order conversions from the parameters of nitrogen cycle based on observational data, soil moisture and nitrate concentrations using inverse modeling techniques that were obtained. To study plant effect on the nitrogen cycle, the model is studied in presence and absence of plant. Results: The results showed that modified Van Genuchten method performance with mean of soil nitrate concentration (mg/l) and moisture (%) RMSE=0.02879 and R2=0.9899, considering presence of plants better estimate of parameter values of nitrogen cycle concentrations in corn furrow irrigation. Also, maximum soil moisture that denitrificaton occurred, was obtained in 50% of the saturation moisture. Using denitrificaton coefficient in the simulation of the nitrogen cycle in corn fertigation led to improve in results. Conclusion: The results showed that soil hydraulic properties and plant had more effect on nitrate changes to nitrite and nitrogen gas forms than anaerobic percentage of soil profile.