امروزه مصرف کودهای نیتروژنه بدون توجه به آثار سوء آن ها بر محیط زیست به طور چشمگیری افزایش یافته است. نیترات به عنوان عمده ترین شکل نیتروژن به راحتی به آب های زیرزمینی منتقل و موجب آلودگی آن ها می شود. با توجه به اینکه آب های زیرزمینی به علت داشتن کیفیت مناسب و قابلیت دسترسی آسان مهمترین منبع تأمین آب در مناطق خشک و نیمه خشک می باشند، مدیریت مناسب کودهای نیتروژن شامل مقدار، زمان و روش استفاده از کود، آبشویی نیتروژن را تحت تأثیر قرار می دهد. استان خوزستان با دارا بودن منابع سرشار آب و خاک یکی از قطب های کشاورزی کشور است و هر ساله کشاورزان برای دستیابی به عملکرد بیشتر مقادیر زیادی کودهای نیتروژنه مصرف می نمایند. بنابراین انجام مطالعه ای در مورد مدیریت مصرف کودهای نیتروژنی در این منطقه ضروری به نظر می رسد. به منظور بررسی تأثیر سه مقدار مختلف کود اوره بر حرکت شکل های مختلف نیتروژن (نیترات، آمونیوم و نیتروژن کل) آزمایشی مزرعه ای در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی به صورت کرت های یک بار خرد شده با سه تکرار در مرکز تحقیقات صفی آباد دزفول انجام گرفت. تیمارها شامل سه مقدار مختلف کود نیتروژن: 150 (n1)، 225 (n2) و 300 (n3) کیلوگرم نیتروژن در هکتار بودند که در سه تقسیط یعنی پس از کشت ذرت، در مرحله 6 تا 8 برگی و قبل از گلدهی به روش کودآبیاری سطحی مورد استفاده قرار گرفتند. نمونه های خاک 8 تا 10 روز قبل و پس از هر کودآبیاری از عمق های 30-0، 60-30، 90-60 و 120-90 سانتی متری برداشت شدند و غلظت نیترات و آمونیوم آن ها به روش تقطیر بخار آب و مقدار نیتروژن کل با استفاده از دستگاه کجلدال تعیین شد. همچنین به منظور بررسی حرکت پتاسیم در خاک و ارتباط آن با یون آمونیوم، میزان پتاسیم محلول و تبادلی نمونه ها ی مذکور نیز انداره گیری شد. نتایج نشان داد که مصرف کود، غلظت نیترات و نیتروژن کل خاک در همه تیمارها را افزایش داد و بیشترین افزایش در تیمار n3 صورت گرفت. همچنین افزایش میزان مصرف کود تا سطح 300 کیلوگرم در هکتار با افزایش حرکت نیترات به لایه های زیرین خاک همراه بود. علی رغم این افزایش غلظت، در کلیه تیمارها با افزایش عمق خاک غلظت نیترات کم شد و بیشترین تجمع نیترات در لایه 30-0 سانتی متری خاک اندازه گیری شد. تغییرات آمونیوم در طول پروفیل خاک تقریباً یکنواخت بود که نشان دهنده عدم همبستگی بین میزان مصرف کود و آمونیوم بود که احتمالاً به دلیل تبدیل سریع آمونیوم به نیترات رخ داده است. همچنین رابطه معنی داری بین غلظت آمونیوم و پتاسیم محلول و قابل تبادل خاک به دست نیامد. در مجموع خاک های این منطقه به دلیل سنگین بافت بودن و تراکم بالا پتانسیل پایینی برای آبشویی نیتروژن داشتند. اما مصرف بی رویه کود در دراز مدت، باعث تجمع نیترات در خاک و آبشویی آن می شود.

به منظور شبیه سازی اثر مقادیر آب و نیتروژن بر حرکت نیترات در خاک و عملکرد ذرت دانه ای در دو روش خاک ورزی، این پژوهش در سال های 1388 و 1389 در مرکز تحقیقات کشاورزی صفی آباد دزفول در دو آزمایش مستقل، روش بی خاک ورزی و کاشت مستقیم ذرت در بقایای گندم (nt) و روش خاک ورزی مرسوم منطقه (ct) بصورت کرت های یک بار خرد شده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در سه تکرار اجرا شد. سه مقدار آب آبیاری 50 ، 75 و 100 درصد نیاز آبی خالص گیاه ( i50 ، i75 و i100) به عنوان کرت اصلی و سه سطح نیتروژن 150، 225 و 300 کیلوگرم در هکتار (n150 ،n225 و n300) به عنوان کرت فرعی در نظر گرفته شد. در هر یک از کرت ها، مقادیر آب ورودی، خروجی، رطوبت خاک، غلظت نیترات و آمونیوم خاک در مراحل قبل و 10 روز پس از کود آبیاری در لایه 30 سانتی متری تا عمق 2/1 متری خاک اندازه گیری شد. پس از رسیدگی فیزیولوژیکی، مقادیر عملکرد و اجزای عملکرد تعیین و تجزیه آماری انجام شد. نتایج نشان داد علی رغم اینکه جرم مخصوص ظاهری در لایه های مختلف تفاوت معنی داری نداشت، در روش nt و در لایه 10-0 سانتی متر بصورت نسبی کاهش یافت. همچنین در تیمار nt، آب مصرفی در هر نوبت آبیاری به دلیل افزایش نفوذ پذیری افزایش یافته و رواناب سطحی به دلیل تجمع بقایا در کف جویچه، نسبت به روشct کاهش یافت. در نتیجه میانگین سرعت نفوذ پایه در تیمارهای nt و ct به ترتیب در محدوده 14-6 و 8-5 میلی متر در ساعت تعیین گردید و مقادیر رطوبت خاک قبل از آبیاری، در عمق 20-0 سانتی متر در تیمار nt بیش از ct (به میزان 3 درصد حجمی) اندازه گیری شد. مطالعه عملکرد و بهره وری آب آبیاری ذرت دانه ای در هر دو روش خاک ورزی نشان داد که در هر دو تیمار i50 و i75 گیاه تحت تنش آبی قرار گرفته و به این دلیل عملکرد و اجزای عملکرد ذرت در دو تیمار یاد شده بصورت تدریجی کاهش یافت. بنابراین، آبیاری کامل ذرت (i100) در شرایط اقلیمی خوزستان توصیه گردید. روش بی خاک ورزی علی رغم 1 تا 2 آبیاری کمتر از روش خاک ورزی مرسوم، حجم آب ورودی بیشتری را به دلیل وجود بقایا در کف جویچه دریافت نمود. به طوری که در تیمار i100 nt و ct i100 متوسط مقدار آب ورودی به مزرعه به ترتیب 1037 و 5/929 میلی متر اندازه گیری شد. از سوی دیگر بهره وری آب در دو روش یاد شده به ترتیب 57/0 و 65/0 کیلوگرم در هکتار به ازای هر مترمکعب آب مصرفی محاسبه شد. درصورتی که آب مصرفی برای تهیه زمین در خاک ورزی مرسوم منظور شود، مقادیر آب مصرفی و بهره وری آب در دو روش یکسان خواهد بود. بنابراین، با توجه به کاهش مصرف انرژی و بهبود خصوصیات فیزیکی خاک در روش بی خاک ورزی استفاده از این شیوه درکشت ذرت تابستانه در استان خوزستان و مناطق مشابه توصیه می شود. مقایسه مقادیر نیترات خاک نشان داد که روش خاک ورزی تأثیری بر مقدار و حرکت نیترات در لایه های خاک نداشته و غلظت نیترات در سطوح مختلف آب و کود در لایه 30-0 سانتی متری بیش از لایه های بعدی بود (p<1%) به طوری که در غالب موارد غلظت نیترات در لایه های 60 سانتی متر به بعد نزدیک به نیترات اولیه خاک اندازه گیری شد. غلظت آمونیوم خاک، کمتر از نیترات اما روند تغییرات آن در عمق های مختلف مشابه نیترات خاک بود. اگر چه بکارگیری سطوح بالاتر کود نیتروژنه باعث افزایش عملکرد گیاه، بهره وری آب و درصد پروتئین دانه شد، برای جلوگیری از آبشویی نیترات در مزارع کشاورزان که معمولا از آبیاری های سنگین استفاده می نمایند، اعمال مقادیر کود نیتروژنه در حد 300 کیلوگرم در هکتار و بالاتر برای هر دو روش خاک ورزی بایستی با احتیاط کامل صورت گیرد. نتایج واسنجی مدل leachn نشان داد که مدل مقادیر نیترات لایه های مختلف خاک، میزان جذب نیتروژن توسط گیاه تا قبل از رسیدگی فیزیولوژیکی آن و رطوبت خاک را با دقت قابل قبولی برآورد می نماید حال آنکه دقت مدل برای پیش بینی مقادیر آمونیوم در پروفیل خاک پایین بود.

اهمیت خاک و آب به عنوان بستر و عوامل تولید مقبولیت عام پیدا کرده است. با توجه به شرایط آب و هوا و انسانی در ایران و وقوع پدیده خشکسالی، سازماندهی منابع آب و بهینه¬سازی مصرف در تامین نیاز آبی از اهمیت ویژه¬ای برخودار است. به منظور بهینه¬سازی مصرف آب، باید از میزان نیاز حقیقی گیاهان مطلع بود تا علاوه بر تامین آب مورد نیاز گیاه و اجتناب از بروز تنش خشکی و کاهش عملکرد، از مصرف بیش از اندازه آب نیز جلوگیری شود. انتخاب روشی مناسب برای محاسبه نیاز آبی و تنظیم برنامه آبیاری مزارع نقش موثری را در نحوه استفاده بهینه از منابع آب ایفا می کند. محاسبه تبخیر - تعرق بطریق عملی و آزمایشگاهی با دقت بسیار بالا و با استفاده از روشهای (مستقیم و محاسبه ای) امکان پذیر است اما این روش¬ها تنها می توانند میزان تبخیر - تعرق را در یک نقطه و یا یک منطقه کوچک و برای زمانهای مشخص تعیین کنند و برای ناحیه هایی وسیعتر و با پوشش زمانی بهتر قابل استفاده نیستند. این محدودیت باعث ایجاد انگیزه در استفاده از داده های ماهواره ای( سامانه سنجش از دور ) در تعیین تبخیر - تعرق در سطوح وسیع شده است. سنجش از دور با ارائه تخمینی از میزان تبخیر - تعرق (با حداقل استفاده از داده های زمینی) دارای پتانسیلی بسیار بالا برای اصلاح الگوی کشت و مدیریت منابع آبی در مناطقی بسیار وسیع می باشد. یکی از الگوریتم هایی که جهت برآورد تبخیر - تعرق با استفاده از تصاویر ماهواره ای مورد توجه بسیار قرار گرفته مدل سبال می باشد. این پژوهش با هدف استفاده از مدل سبال در تعیین تبخیر – تعرق واقعی (نیاز آبی) گیاه ذرت و باغات مرکبات که از گیاهان اصلی اراضی کشاورزی شمال خوزستان است، صورت گرفته است. برای این منظور از پردازش تصاویر ماهواره ای لندست 8 در چهار گذر ماهواره ای شامل: 22 مرداد ماه 1392، 23 شهریور ماه 1392، 24 مهر ماه 1392 و 26 آبان ماه 1392 استفاده شد. تبخیر- تعرق واقعی (نیاز آبی) با استفاده از تصاویر ماهواره ای و داده های هواشناسی موردنیاز و بر اساس معادله بیلان انرژی سطح (مدل سبال) محاسبه شد. مقادیر محاسبه شده از مدل سبال (مقادیر پیش بینی شده) برای گیاه ذرت در مرحله ابتدایی رشد، مرحله توسعه، مرحله میانی و پایانی رشد بترتیب 04/5 ، 23/8 ، 55/5 و 46/1 میلی¬متر در روز بدست آمد. مقادیرپیش بینی شده برای باغات مرکبات در دو ماه از فصل تابستان مرداد و شهریور بترتیب 85/7 و 36/5 میلی¬متر در روز و مهر ماه 55/4 میلی¬متر در روز برآورد شد. مقادیر حاصل از سنجش از دور، برای ارزیابی با روش¬های فائو- پنمن- مانتیث و تشتک تبخیر مورد مقایسه قرار گرفت و مشاهده شد که ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق نسبت به روش فائو- پنمن – مانتیث در مزرعه ذرت بترتیب 45/0 و 18/0 میلی¬متر در روز و برای باغ مرکبات بترتیب 73/0 و 67/0 میلی¬متر در روز است. ریشه میانگین مربعات خطا و میانگین مطلق با روش تشتک تبخیر برای مزرعه ذرت 93/0 و 8/0 میلی¬متر در روز و برای باغ مرکبات 2/1 و 06/1 میلی¬متر در روز برآورد شد.

تبخیر و تعرق یکی از عوامل مهم سیکل هیدرولوژی بوده که باید در طرح های آبیاری، مطالعات زهکشی و هیدرولوژیکی برآورد شود. در حال حاضر دقیق ترین روش برای برآورد آن، استفاده از لایسیمتر است. ولی استفاده از لایسیمتر مستلزم هزینه زیادی است. از این رو عمدتا تخمین تبخیر و تعرق با استفاده از پارامترهای هواشناسی و به کار بردن مدل های تجربی انجام می گیرد. در این میان، معادله پنمن- مانتیث- فائو به عنوان روشی استاندارد در محاسبه تبخیر و تعرق مرجع شناخته می شود. از آنجایی که این روش به تجهیزات هواشناسی گران قیمتی نیاز دارد کاربرد آن در بسیاری از مناطق محدود است. لذا استفاده از روش های جایگزین همواره دارای اهمیت بسیار زیادی است. یکی از روش های نوین برآورد تبخیر و تعرق استفاده از سنجش از دور می باشد. سنجش از دور به کمک الگوریتم سبال، قادر به برآورد میزان تبخیر و تعرق از تصاویر ماهواره ای می باشد. برای اجرای الگوریتم سبال نیاز به محاسبه فاکتورهایی چون آلبیدوی سطحی، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده، دمای سطحی زمین، شار تابش خالص، شار گرمای خالص، شار گرمای محسوس و در نهایت تبخیر و تعرق روزانه در منطقه می باشد. به این منظور، در این تحقیق از چهار تصویر لندست 8 استفاده شد. مقایسه نتایج بدست آمده از دو روش، سنجش از دور و معادله پنمن- مانتیث- فائو، نشان می دهد که میانگین مربعات خطا 54/1و میانگین خطای مطلق 04/1 میلیمتر در روز می باشد. برای حل پیچیدگی فرایند تبخیر، از شبکه های عصبی مصنوعی برای پیش بینی تبخیر از تشت بر اساس داده های هواشناسی استفاده می شود. در این تحقیق، از شبکه پرسپترون با الگوریتم پس انتشار خطا برای آموزش آن استفاده شد. برای آموزش شبکه از داده های اقلیمی روزانه ی 13 ساله ایستگاه صفی آباد دزفول استفاده شد. نتایج حاصل از محاسبات نشان داد بهترین شبکه، شبکه ای با همه ورودی ها، با یک لایه پنهان و 28 نرون در لایه میانی می باشد. نتایج پیاده سازی این شبکه نشان دهنده، شاخص های آماری 0032/0mse=، 0445/0mae= و 9609/0r2= می باشد. مقایسه نتایج بدست آمده از روش شبکه های عصبی مصنوعی با روش پنمن- مانتیث- فائو نشان می دهد که میانگین مربعات خطا 11/1 و میانگین خطای مطلق 52/0 میلیمتر در روز می باشد. این نتایج، بیانگرعملکرد بهتر شبکه های عصبی مصنوعی نسبت به الگوریتم سبال در برآورد میزان تبخیر و تعرق می باشد.

خصوصیات فیزیکی و ضریب هدایت هیدرولیکی خاک (k) از پارامتر های بسیار مهم در طراحی زهکشی و آبیاری می باشند. برای بررسی تغییرات این ضرایب تحت روش های مختلف خاک ورزی، مجموعه ای از آزمایش‎های صحرایی در یک مزرعه ذرت در شمال خوزستان (دزفول) در قالب طرح پایه بلوک های کامل تصادفی با سه تیمار و در سه تکرار در سال 1392 انجام گردید. تیمار ها شامل بی خاک ورزی (nt) ، کم خاک ‎ورزی (mt) و خاک ورزی مرسوم (ct) بوده که خصوصیات فیزیکی (مقدار رطوبت، بافت خاک، درصد مواد آلی، جرم مخصوص ظاهری، درصد تخلخل کل و شاخص مخروطی) در دو عمق صفر تا 10 و 10 تا 20 سانتی متری خاک و هیدرولیکی (نفوذ پایه، سرعت نفوذ، هدایت هیدرولیکی اشباع و غیر اشباع) خاک در چهار نوبت شامل قبل و بعد از آبیاری (آبیاری دوم، هشتم و دهم) با دو روش استوانه دوگانه و نفوذسنج مکشی (در پتانسیل های 15- ،10- ،5- ،3- و صفر سانتی متر) اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که هدایت هیدرولیکی اشباع و نزدیک اشباع در تیمار خاک ورزی مرسوم به طور معنی داری از دو روش دیگر خاک ورزی بالاتر بود و در تیمار های کم خاک ورزی و بی خاک ورزی این مقدار تقریباً یکسان بود. همچنین بین زمان های مختلف بجز در مکش 15 و ? گاردنر در سایر مکش ها اختلاف معنی دار وجود داشت که نشان می دهد رطوبت اولیه خاک، نقش مهمی روی شدت تغییرات هدایت هیدرولیکی خاک در زمان دارد و اثر متقابل آن ها فقط در مکش صفر معنی دار شد. همچنین روش خاک ورزی، عمق اندازه گیری و اثر متقابل آن ها در سطح یک درصد روی مقادیر جرم مخصوص ظاهری و تخلخل خاک تأثیر داشت. مقدار شاخص مخروطی در دو تیمار خاک ورزی مرسوم و بی خاک ورزی تفاوت معنی داری با هم نداشتند اما این مقدار در روش بی خاک ورزی بیشتر بود. نتایج نشان داد که نفوذ پایه، سرعت نفوذ و هدایت هیدرولیکی اشباع در تیمار خاک ورزی مرسوم به طور معنی داری از دو روش دیگر خاک ورزی بالاتر بود. مقایسه بین دو روش اندازه گیری هدایت هیدرولیکی (نفوذسنج مکشی و استوانه دوگانه) نشان داد که بین دو روش اندازه گیری اختلاف معنی دار وجود داشت که بیانگر بالا بودن هدایت هیدرولیکی در روش نفوذسنج مکشی نسبت به استوانه دوگانه می باشد. بین تیمار های خاک ورزی از نظر میزان حجم آب مصرفی اختلاف در سطح یک درصد و از نظر میزان عملکرد دانه و کارایی مصرف آب هیچ گونه اختلاف معنی داری وجود نداشت که نشان می دهد تغییر در روش خاک ورزی باعث تغییر در عملکرد و کارایی مصرف آب ذرت نمی شود. میانگین عملکرد ذرت در روش بی خاک ورزی (7/6963 کیلوگرم در هکتار) بیشتر از دو روش دیگر و کارایی مصرف آب در سه روش بین 57/0 تا 59/0 کیلوگرم بر متر مکعب بدست آمد.