سامانه ­های آبیاری تحت فشار به شکل گسترده ­ای مورد توجه مسئولین و بهره­ برداران قرار دارند. در اراضی شیب­دار طراحی، اجرا و بهره ­برداری از این سامانه ­ها با مشکلاتی همراه است. در این پژوهش بخشی از سامانه آبیاری قطر­ه ­ای­- ثقلی اجرا شده در بوستان باراجین شهر قزوین که دارای شیب حدود 20 درصد است مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای بررسی دقیق شرایط موجود، بازدید میدانی انجام شده و پارامترهای موثر در ارزیابی برای تمامی لترال‌های موجود در پایلوت انتخاب شده، شامل 13 عدد لترال دو طرفه، اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که به‌دلیل اختلاف رقوم قابل توجه، یکنواختی توزیع آب در حد غیرقابل قبول می­باشد و همچنین سامانه آبیاری مورد مطالعه بدون تکیه بر ایستگاه پمپاژ و با استفاده از اختلاف رقوم بین استخر و اراضی پایین‌دست به­ صورت ثقلی آبیاری می­شود، بنابراین به ­دلیل عدم وجود تجهیزات فیلتراسیون امکان استفاده از قطره­چکان­ تنظیم‌کننده فشار (PC) نیست، زیرا این قطر­ه ­چکان ­ها نسبت به گرفتگی­ های شیمیایی و فیزیکی حساس می­باشند، بنابراین برای بهبود شرایط پخش آب استفاده از شیر کنترل دبی، تغییر قطر لوله ­ها و استفاده از دو نوع قطره­ چکان غیرتنظیم کننده فشار (Non PC) با طرح سناریوهای متفاوت و مدل­سازی در نرم ­افزار EPANET بررسی شد. نتایج به‌دست آمده از ارزیابی کارکرد فعلی سامانه آبیاری، بدون شیر کنترل دبی نشان داد که راندمان سامانه از نظر معیارهای ارزیابی در محدوده ضعیف می­باشد که در صورت استفاده از شیر کنترل دبی افزایش یافته، یکنواختی پخش آب از 58 به 70 درصد افزایش می­یابد.

زعفران از کارآمدترین محصولات کشاورزی از نظر مصرف آب بوده و از نظر نیاز به عناصر غذایی نیز گیاهی کم­توقع محسوب می­شود. ایران بزرگ­ترین تولید کننده و صادرکننده زعفران در جهان است به­طوری­که حدود 90% از تولید و سطح زیرکشت زعفران در دنیا متعلق به ایران است. 96% زعفران ایران در خراسان تولید می‌شود. تحقیق حاضر با هدف بررسی تغییرات ردپای آب زعفران تحت تاثیر تغییر اقلیم گذشته طی دوره‌ی 1385 تا 1396 در خراسان صورت گرفته است. براساس نتایج مناطق تولید زعفران در خراسان با کمک روش FCM به سه منطقه همگن اگروکلیماتیک تقسیم شد. میانگین وزنی ردپای آب کل زعفران در خراسان 2833 مترمکعب بر کیلوگرم است که سهم ردپای آبی و سبز به­ترتیب 81/89، 11/18و سهم ردپای آب خاکستری بسیار ناچیز و در حدود 005/0 درصد است؛ که بیشترین ردپای آب مربوط به شهرستان بجستان (کلاستر2) (8/4176 مترمکعب بر کیلوگرم) و کمترین ردپای آب مربوط به شهرستان بشرویه (کلاستر 3) (5/1609 مترمکعب بر کیلوگرم) می­باشد. متوسط ارزش اقتصادی زعفران 61/0 دلار برمترمکعب است که به‌ترتیب بیشترین و کمترین آن متعلق به شهرستان بشرویه و بجستان ( 03/1 و 40/0 دلار در هر مترمکعب) می­باشد. نتایج تحلیل روند عملکرد و ردپای آب زعفران نشان داد که اجزاء ردپای آب زعفران طی دوره آماری مورد مطالعه دارای روند کاهشی معنی­دار و عملکرد زعفران نیز طی این دوره دارای روند افزایشی می­باشد. همچنین روند متغیرهای اقلیمی نشان داد، دما رو به افزایش و رطوبت و بارش رو به کاهش است، اما این روند از نظر آماری بی‌معنی و ناچیز است.

امروزه استفاده از سامانه­های آبیاری نواری کم فشار (تیپ) به دلیل کمبود منابع آب رواج پیدا کرده است. یکنواختی پخش آب در این سامانه­ها از اهمیت بالایی برخوردار است. این پژوهش به بررسی اثر کاربرد نوعی شیر خودکار کنترل دبی بر یکنواختی پخش آب در سامانه آبیاری کم فشار (تیپ) می­پردازد. برای این منظور با استفاده از مبانی طراحی موجود دو شیر خودکار با دبی­های طراحی 4/0 و 6/0 لیتر بر ثانیه مورد استفاده قرار گرفت. برای مطالعه اثر کاربرد شیر خودکار کنترل دبی، تغییرات یکنواختی پخش آب در طول نوارهای تیپ و لوله­های فرعی با شیر کنترل و بدون آن به صورت میدانی مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج به دست آمده نشان داد که ضریب یکنواختی در طول نوارهای تیپ­ با وجود شیر کنترل به­صورت قابل توجهی افزایش پیدا می­کند به­طوری­که با نصب شیر کنترل در ورودی نوارهای تیپ­ درصد یکنواختی پخش به بیش از 93 درصد رسید. در پایان، ملاحظاتی در خصوص طول مجاز نوارهای تیپ­ ارائه و مورد بررسی میدانی قرار گرفت. نتایج به­دست آمده نشان داد که افزایش فشار در حدود 5/2 برابر مقدار طراحی، باعث ترکیدگی تیپ می­شود. زمانیکه شیرکنترل در محدوده طراحی فشار مورد نظر کار کند ترکیدگی در تیپ­ها مشاهده نخواهد شد.

برآورد پتانسیل تولید یک گیاه، تابعی از شرایط اقلیمی، پتانسیلهای ژنتیکی گیاه و سایر عوامل مختلف محیطی و مدیریتی است. ارزیابی توانمندی مناطق در به فعلیت رساندن پتانسیلهای ژنتیکی گیاهان، از نکات مهم برنامه‌ریزی‌های کلان در کشاورزی به حساب می‌آید. با توجه به جایگاه استان قزوین در تولید محصول ذرت و اهمیت کشت این محصول در استان برآورد هرچه دقیق میزان عملکرد این محصول استراتژیک از ضرورت بالایی برخوردار است. در همین راستا با مطالعه یک دوره داده برداری 11 ساله اقدام به برآورد عملکرد محصول ذرت با مدل گیاهی جدید AquaCrop-GIS گردید. پهنه‌بندی شاخص‌های کلیدی محصول از طریق مدل در سطح استان شبیه‌سازی شد. با بررسی نتایج این پارامترهای کلیدی مشخص گردید ایستگاه‌های مطالعاتی قزوین و معلم کلایه با میزان تبخیروتعرق مرجع کمتر از بهره‌وری آب بیشتری برخوردار می‌باشند. در ادامه با کمک عملکرد محاسباتی، اجزای ردپای آب و ردپای آب کل محصول در محدوده ایستگاه‌های مطالعاتی تخمین زده شد. با بررسی معادلات رگرسیونی میان اجزای ردپای آب و ردپای آب کل محصول با عملکرد محصول در هر ایستگاه مشخص گردید که روابط ردپای آب آبی با عملکرد نسبت به سایر اجزای ردپای آب برای تمامی ایستگاه‌ها از میزان ضریب تعیین ( 43/0= R2، 51/0= R2، 43/0= R2، 77/0= R2 و 79/0 = R2 به ترتیب برای ایستگاه های قزوین، آوج، معلم کلایه، تاکستان و بویین زهرا) و سطح معنی‌داری بالاتری برخوردار است. به‌طورکلی ضریب تعیین این روابط در ایستگاه بویین زهرا با 88/0= R2، 79/0= R2، 56/0= R2 و 53/0= R2 به ترتیب برای ردپای آب سبز، آبی، خاکستری و ردپای آب کل نسبت به سایر ایستگاه‌ها بالاتر برآورد گردید به این معنا که کاهش عملکرد در این ایستگاه تأثیر به سزایی بر افزایش ردپای آب کل محصول داشت.

برای کنترل شوری آب و خاک از سامانه‌های زهکشی استفاده می‌شود که شناخت آنها نیازمند صرف وقت و هزینه می‌باشد. برای صرفه‌جویی در هزینه و زمان می‌توان مدل‌های شبیه‌سازی زهکشی را بکار برد. پژوهش حاضر، عملکرد مدل SaltMod در شبیه‌سازی سطح ایستابی، حجم و شوری زهاب را ارزیابی نمود. شبیه‌سازی برای سه محصول مهم دشت مغان (گندم، جو و ذرت) و سه تیمار FD، CD70 و CDch انجام شد. برای بررسی زهکشی کنترل شده در مدل، ضریب کنترل زهکشی (Frd) لحاظ شد. تیمار FD برای کالیبراسیون، تیمارهای CD70 و CDch برای اعتبار‌سنجی انتخاب شدند. پس از شبیه‌سازی، میزان مطابقت میان مقادیر واقعی و شبیه‌سازی‌شده بررسی شد. در شبیه‌سازی سطح ایستابی، میانگین RE برای گندم، جو و ذرت به ترتیب 3/17، 3/11 و 11 درصد و میانگین RMSE 13/0، 07/0 و 07/0 به دست آمد. همین شاخص‌ها برای حجم زهاب 16، 22 و 17 درصد و همچنین 05/0، 07/0 و 06/0 حاصل شد. این نتایج، دقت قابل قبول مدل را تایید می‌نماید. سپس از مدل برای بررسی تاثیر عامل کنترل زهکشی، عمق آب آبیاری و عمق نصب زهکش بر سطح ایستابی، حجم و شوری زهاب استفاده گردید. بنابراین مدل می‌تواند مدیریت‌های مختلف آبیاری و زهکشی را در دشت مغان شبیه‌سازی نماید.

مدیریت منابع آب در مناطق خشک و نیمه­خشک به­خصوص در بخش کشاورزی بسیار مهم می­باشد. مطابق بیلان آب استان قم در حدود 90 درصد از منابع آب در این منطقه در بخش کشاورزی مصرف می­گردد. در این مطالعه ردپای آب مجازی محصولات زراعی، دامی و نهاده­های مصرفی در بخش کشاورزی به­منظور کاهش فشار و حفظ منابع آبی موجود مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. در بخش زراعی با استفاده از نرم­افزار NETWAT نیاز آبی گیاهان محاسبه و با استفاده از فرمول مکانن و هوکسترا که در سال 2010 ارائه شده­است، ردپای آب مجازی محصولات زراعی در میانگین ده ساله محاسبه شد. نتایج نشان داد که به­دلیل پایین بودن راندمان سامانه آبیاری حجم ردپای آب سفید که به تلفات آبیاری اشاره دارد در محصولات استان بسیار بالا تخمین زده شد، سهم ردپای آب سفید در محصولات جو، گندم، یونجه، پیاز، گوجه فرنگی، خربزه و ذرت به­ترتیب برابر 55 درصد، 49 درصد، 48 درصد، 51 درصد، 46 درصد، 54 درصد و 5/37 درصد از سهم کل ردپای آب محاسبه شده است. همچنین ردپای آب سبز به دلیل کمبود میزان بارش در استان قم بسیار ناچیز برآورد شد. ردپای آب سبز در محصولات جو و گندم نسبت به سایر محصولات بیشتر بود که علت این امر همپوشانی فصل کشت و بارندگی بوده است، سهم ردپای آب سبز در محصول جو 12 درصد و در گندم برابر 11 درصد از سهم کل ردپای آب بود. در بخش دامی، ردپای آب در مشتقات دام و طیور با استفاده از روش هوکسترا و مکانن، 2010 محاسبه و با متوسط ردپای آب در کشورهای مختلف مقایسه شد. نتایج در بخش دامی نشان داد که ردپای آب مجازی در تولید گوشت قرمز و شیر به­ترتیب 39 متر مکعب بر کیلوگرم و 42/2 متر مکعب بر لیتر تخمین زده شد. همچنین ردپای آب مجازی در گوشت مرغ و تخم­مرغ به­ترتیب 4/7 و 34/4 متر مکعب بر کیلوگرم محاسبه شد. در بخش نهاده­های مصرفی، ردپای آب در کود (ازته، فسفاته، پتاسه و سایر کودها) برای اولین بار مورد توجه قرار گرفت. در بخش نهاده­های مصرفی، ردپای آب مجازی در کود تولیدی برخی از محصولات با استفاده از اطلاعات پرسشنامه محاسبه شد. نتایج نشان می­دهد که مجموع ردپای آب مجازی کود مصرفی برای تولید محصولات گندم، جو، پنبه و یونجه به­ترتیب 62/2، 19/1، 07/1 و 54/2 متر مکعب بر کیلوگرم تخمین زده شد. سهم کودهای ازته در تولید محصول گندم، یونجه، پنبه و جو به­ترتیب 54، 59، 68 و 60 درصد از سهم ردپای آب کل در کود مصرفی را تشکیل می­دهد.

در بهره‌برداری از آب‌های با کیفیت پایین در مناطق خشک و نیمه­خشک، مدیریت آبیاری برای افزایش بهره‌وری مصرف آب ضروری می‌باشد. ﺗﻌﯿﯿﻦ ﺗﺎﺑﻊ تولید آب- ﺷﻮری- ﻋﻤﻠﮑﺮد ابزار مهمی برای مدیریت آبیاری است. در این پژوهش، توانایی مدل گیاهی AquaCrop در مدیریت­های مختلف آبیاری و در سطوح مختلف شوری برای غلات عمده دشت قزوین شامل گندم، جو و ذرت ارزیابی شد. نتایج بررسی، ضریب تبیین را برای عملکرد گندم، جو و ذرت به ترتیب 0/97، 0/86 و 0/91 نشان داد. بنابراین مدل مزبور در شرایط شوری و کم‏آبیاری با تقریب خوبی می‌تواند عملکرد را ارزیابی نماید. برای تعیین توابع تولید بهینه هر محصول نتایج مدل گیاهی با سه مدل رگرسیون‏ ﺧﻄﯽ، غیرخطی و همچنین شبکه عصبی مصنوعی مقایسه گردید. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﻧﺸﺎن داد ﮐﻪ مدل شبکه عصبی توانست عملکرد را نسبت به مدل AquaCrop با همبستگی بالا (0/99) برآورد نماید. در صورتی که این مقادیر در تابع خطی برای گیاه گندم و جو و ذرت به ترتیب0/98، 0/95، 0/78 و در تابع نمایی 0/92، 0/86 و 0/81 بود. همچنین، خطای محاسبه شده در روش شبکه عصبی برای گیاه گندم، جو، ذرت به ترتیب 40/16، 62/09 و 87/08 کیلوگرم بود که این میزان به ترتیب در مقایسه با مدل خطی 75%، 70% و 95% و نسبت به مدل نمایی 90%، 85% و 93% کاهش داشت. بهترین شبکه آموزش دیده برای تعیین تابع تولید آب- شوری برای جو و گندم پنج نرون و برای ذرت هفت نرون در ساختار شبکه‌ی تک لایه معرفی گردید. تحلیل حساسیت به کار رفته برای گیاهان گندم وجو نشان داد که مدل‏های رگرسیون خطی، نمایی و شبکه عصبی نسبت به پارامتر مقدار آب آبیاری و میزان شوری آب و خاک حساسیت کم دارند و تنها حساسیت گیاه ذرت نسبت به پارامتر شوری خاک در محدوده متوسط قرار گرفت.

با توجه به محدودیت دسترسی به منابع آب، افزایش جمعیت و افزایش سطح بهداشت، حفظ منابع آب زیرزمینی با کیفیت مناسب امری مهم می‌باشد. کشاورزی و کاربرد مداوم کود در اراضی تحت کشت منجر به آلودگی منابع آب زیرزمینی می‌گردد. هدف از این پژوهش بررسی تأثیر نحوه کاربرد و مقدار کاربرد بیوچار و کاه‌و‌کلش بر آبشویی نیترات و نیتریت می‌باشد. این مطالعه در غالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی و شامل تیمارها شاهد (CO)، کاه و کلش گندم با ضخامت mm5 (SM5)، کاه و کلش گندم با ضخامت mm10 (SM10)، کاه و کلش گندم با نرخ ton/ha 5 (ST5)، کاه و کلش گندم با نرخ ton/ha 10 (ST10)، بیوچار با نرخ ton/ha 5/2 (BT2.5) و بیوچار با نرخ ton/ha5 (BT5) می‌باشد. نتایج نشان داد کاربرد بیوچار و کاه و کلش تأثیر معنی‌داری در سطح 95 درصد بر آبشویی نیترات و نیتریت دارد. بیشترین مقدار کاهش غلظت نیترات تجمعی در تیمار BT2.5 (23 درصد) رخ داده است. در حالی‌که در تیمار ST10 غلظت نیترات تجمعی (64 درصد) افزایش یافته است. مقدار نیتریت در تمامی تیمارها در طول دوره کشت روند نزولی داشته است و بیشترین مقدار کاهش غلظت نیتریت تجمعی در تیمار BT5 (94 درصد) رخ داده است. کاربرد بیوچار و کاه‌و‌کلش منجر به کاهش غلظت نیتریت تجمعی آبشویی شده می‌گردد. کاربرد بیوچار منجر به کاهش غلظت نیترات آبشویی شده گشته و کاربرد کاه‌و‌کلش به صورت لایه موثرتر از کاربرد آن به صورت ترکیبی با خاک (تن در هکتار) می-گردد.

دمای هوا و بارندگی، کمیت و کیفیت تولیدات محصولات کشاورزی را تحت تأثیر قرار می‏دهد، بنابراین برآورد و بررسی تغییرات مکانی-زمانی آن اهمیت دارد. در بسیاری از مناطق کشور به دلیل تراکم کم ایستگاه‏های اندازه‏گیری و یا دورۀ آماری کوتاه ایستگاه‏های جدید، اطلاعات زمانی و مکانی محدودی در دسترس است. پژوهش حاضر با هدف امکان‌سنجی استفاده از داده‏های پایگاه‏ها هواشناسی شبکه‏بندی‌شدة CRU، AgMERRA، AgCFSR و GPCC-CRUدر برآورد عملکرد و نیاز آبی گیاه گندم و مقایسۀ آن با مقادیر برآوردشده با اطلاعات ایستگاه سینوپتیک قزوین است.به این منظور، اطلاعات اقلیمی ماهانۀ ایستگاه سینوپتیک قزوین از سال 1980 تا 2010 و اطلاعات اقلیمی پایگاه‏های یادشده به سه روش استفاده از نزدیک‏ترین نقطه به ایستگاه سینوپتیک (K1)، استفاده از میانگین چهار نقطۀ نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K4) و استفاده از میانگین هشت نقطۀ نزدیک ایستگاه سینوپتیک (K8) استخراج شد. کیفیت داده‏های این پایگاه‏ها با استفاده از چهار شاخص آماری ( RMSE،NRMSE، ME) به صورت غیر مستقیم (با استفاده از خروجی‏های مدل گیاهی AquaCrop) ارزیابی شد. در برآورد نیاز ‏آبی گیاه گندم، پایگاه اطلاعاتی GPCC-CR با چهار (K4) و یک (K1) نقطه همسایگی بهترین عملکرد را در قیاس با سایر گزینه‏ها داشت. برآورد عملکرد گندم با استفاده از داده‏های AgMERRA در دو حالت K1 و K4 بیشترین میزان همبستگی با داده‏های ایستگاه سینوپتیک را نشان داد. نتایج نشان می‏دهدبرای برآورد عملکرد محصولات زراعی می‏توان از اطلاعات پایگاه‏های اطلاعاتی هواشناسی شبکه‏بندی‌شده با دقت مناسب استفاده کرد. اما در خصوص برآورد نیاز آبی فقط پایگاه اطلاعاتی GPCC-CRUدقت قابل قبولی داشته است.

در این پژوهش بهره‌وری مصرف آب و کود نیتروژن در کشت ذرت علوفه‌ای با رقم سینگل کراس 704، تحت تنش‌های شوری و کمبود نیتروژن بررسی شد. آزمایش به‌صورت فاکتوریل دو عاملی و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در دو سال 1396 و 1397 انجام شد. تیمارهای آب شور شامل چهار هدایت ‌الکتریکی 5/0، 1/2، 5/3 و 7/5 دسی‌زیمنس بر متر بود. تیمارهای کمبود نیتروژن در چهار سطح 100، 75، 50 و 25 درصد مصرف کود نیتروژن بر اساس نیاز کودی بود. تیمارها در سه تکرار و در کرت‌هایی به ‌مساحت 9 متر مربع به‌اجرا درآمد. در فواصل بین دو آبیاری، مقاومت روزنه‌ای برگ‌های گیاه و رطوبت خاک اندازه‌گیری شد و با اتمام آب سهل‌الوصول، آبیاری انجام شد. تبخیر- تعرق روزانه گیاه از روی مقدار کاهش رطوبت خاک محاسبه شد. نتایج نشان داد اثر تنش‌ها از تیمار تا به‌طور متوسط باعث افزایش دو برابری مقاومت روزنه، کاهش 37 درصدی تبخیر- تعرق و کاهش 39 درصدی عملکرد گیاه شد. بدون اعمال مدیریت، بهره‌وری مصرف آب در تیمارهای تا ، از 4/4 تا 74/2 کیلوگرم بر متر مکعب (در سال 1396) و 35/4 تا 57/2 کیلوگرم بر متر مکعب (در سال 1397) بود. اما با مدیریت مصرف آب و کود نیتروژن، بهره‌وری مصرف آب افزایش یافت و به حد پتانسیل منطقه نزدیک شد. از سوی دیگر از بیشترین تنش وارده تا تیمار شاهد ، مقدار بهره‌وری مصرف نیتروژن از 34/3 تا 11/5 کیلوگرم بر کیلوگرم (سال 1396) و از 06/3 تا 5 کیلوگرم بر کیلوگرم (سال 1397) بود. نتایج نشان داد در شرایط تنش شوری، می‌توان با محاسبه حجم آب آبیاری بر اساس تبخیر- تعرق گیاه و جبران کمبود نیتروژن خاک (مدیریت زراعی)، بهره‌وری مصرف آب را افزایش داد. در این شرایط با مصرف کامل کود نیتروژن، بهره‌وری زراعی مصرف نیتروژن نیز افزایش یافت. یعنی با افزایش شوری، تغذیه کامل خاک با عنصر نیتروژن، راه‌کار مدیریتی برای افزایش عملکرد محصول، افزایش بهره‌وری مصرف آب و کود بود.

کشت­های گلخانه­ای نقش ویژه­ای در تولید محصولات کشاورزی دارند. آگاهی از میزان دقیق نیاز آبی در برنامه­ریزی توسعه گلخانه­ها از اهمیت زیادی برخوردار است. هدف از این پژوهش ارزیابی و ارایه مدلی برای برآورد تبخیر و تعرق خیار در شرایط گلخانه­ای با استفاده از داده­های هواشناسی و مطالعه بهره­وری آب در تولید این محصول در قزوین است. در طی تحقیق، تغییرات دما، رطوبت، تشعشع، ارتفاع گیاه و رطوبت خاک اندازه­گیری شد. با بررسی مدل­های ریاضی مختلف، یک مدل توانی با پارامترهای دما، رطوبت نسبی و ارتفاع گیاه و با ضریب همبستگی 86/0 به عنوان بهترین مدل برای برآورد تبخیر و تعرق خیار گلخانه­ای انتخاب شد. همچنین مقایسه تبخیر و تعرق اندازه­گیری شده با روابط متداول تعیین تبخیر و تعرق نشان داد که در سطح اطمینان 99 درصد بین تبخیر و تعرق اندازه­گیری شده و تبخیر و تعرق برآورد شده با روش فائو پنمن مانتیث همبستگی وجود دارد. روش فائو پن‌من مانتیث با ضریب تبیین 42/0 از دقت بیشتری نسبت به سایر روش­ها برخوردار بوده و روش بلانی کریدل اصلاح شده با ضریب تبیین 24/0 کمترین دقت را دارد. همچنین بهره­وری آب در گلخانه­های کشت خیار فعال در استان قزوین مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داده بهره­وری آب خیار در گلخانه­ها از 23/9 تا 44/22 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر است. این دامنه تغییرات مساله اهمیت مدیریت و بهره­برداری در ارتقای بهره­وری آب در گلخانه­ها را خاطر نشان می‌سازد. طبق برآوردهای انجام شده در این تحقیق اگر میزان تولید فعلی خیار در استان در فضای آزاد در گلخانه­ها کشت شود، به 117 هکتار گلخانه نیاز خواهد داشت و با این عمل نزدیک به 15 میلیون متر مکعب آب صرفه‌جویی خواهد شد. با بررسی سایر جوانب اقتصادی و اجتماعی توسعه گلخانه­ها می‌تواند در تسکین مشکلات کم آبی در استان کمک­ساز باشد.

استفاده از مدل‌های گیاهی برای اهداف مختلف مانند پیش‌بینی عملکرد، تعیین نیاز آبی، بررسی های اثر تغییر اقلیم، خشکسالی و مدیریت‌های مختلف آبیاری و زراعی ضروری است. این مدل‌ها ابزار ارزشمندی برای تحلیل کمی رشد گیاه و تولید محصول هستند. یکی از چالش‌ها در برابر کاربرد این مدل‌ها، تعدد پارامترهای ورودی آنهاست. اندازه گیری این پارامتر‌ها هزینه‌بر، زمان‌بر و گاه با توجه به محدودیت‌های مختلف غیرممکن است و معمولا از طریق واسنجی و حل معکوس تخمین زده می‌شوند. تحلیل حساسیت فرآیندی است که اثر پارامتر‌‌های ورودی بر متغیر‌های خروجی مدل‌های ریاضی را بررسی می‌کند. در هنگام واسنجی، پارامترهای حساس باید با دقت بالاتری اندازه‌گیری یا برآورد شوند. اعمال روش‌های مبتنی بر اجراهای زیاد بر مدل‌های متن‌بسته (Closed Source) به آسانی مدل‌های متن‌باز (Open Source) نمی‌باشد. در این تحقیق، اثر 47 پارامتر گیاهی (نام پارامترها در جداول 1 و 2 آمده است) مدل متن‌بسته‌ی AquaCrop بر 5 متغیر خروجی مدل شامل تبخیر از سطح خاک، تعرق، تبخیروتعرق، زیست‌توده و عملکرد دانه برای دو محصول گندم و ذرت در مناطق دشت قزوین و پارس‌آباد مغان مورد مطالعه قرار گرفت و با استفاده از شاخص کارایی مدل نش-ساتکلیف نسبی، درجه حساسیت این پارامتر‌ها مشخص گردید. پارامتر‌‌های درجه روز رشد افزایش پوشش تاج (X45)، درجه روز رشد بذرافشانی تا بلوغ (X42)، درجه روز رشد بذرافشانی تا آغاز پیری (X41) و بیشترین پوشش تاج در نسبت پوشش خاک (X30) بطور مشترک در هر دو محصول بیشترین حساسیت را از خود نشان دادند. بنابراین تعیین دقیق دوره‌های مختلف رشد گیاه برحسب روز و یا درجه روز رشد که اتفاقا اندازه‌گیری آن‌ها آسان‌تر از سایر پارامترها می‌باشد از اهمیت بیشتری برخوردار هستند. برای هر 5 خروجی گندم و ذرت منطقه‌ی قزوین، حدود نیمی از پارامتر‌های ورودی بدون تأثیرند و در هنگام واسنجی از اهمیت ناچیزی برخوردار می‌باشند. با اینکه روش تحلیل حساسیت موضعی (Local Sensitivity Analysis) پیچیدگی‌های محاسباتی و مفهومی روش‌های تحلیل حساسیت کلی (Global Sensitivity Analysis) را ندارد، نتایج نشان داد که این روش می‌تواند به نتایج مشابه با مطالعاتی که از روش‌های تحلیل حساسیت کلی استفاده کرده‌اند منجر گردد.

در مناطق خشک و نیمه‏خشک مانند استان قم، مدیریت منابع آب به‏خصوص در بخش کشاورزی، اهمیت زیادی دارد. مطابق بیلان آب دریافتی از سازمان آب منطقه‏ای استان قم، همواره کشاورزی به‏عنوان عمده‏ترین مصرف‌کنندۀ آب در این استان سبب ایجاد چالش بوده ‏است. هدف از انجام تحقیق حاضر، استفاده از مفهوم رد پای آب و تجارت مجازی برای محصولات زراعی استان قم در بازۀ زمانی 1385‏-‏1395 برای کاهش فشار واردشده بر منابع آبی موجود و مدیریت بهتر بود. به‏دلیل کم بودن راندمان سامانۀ آبیاری، حجم رد پای آب سفید در محصولات استان بسیار زیاد تخمین زده ‏شد. همچنین، سهم رد پای آب آبی در محصولات استان نیز بیشتر از مقادیر رد پای آب سبز و خاکستری برآورد شده است. رد پای آب سفید در محصول پنبه 5267 مترمکعب بر تن برآورد شده است که 48 درصد از سهم کل رد پای‏ آب را به خود اختصاص داده ‏است و سهم رد پای‏ آب آبی در این محصول نیز 46 درصد از سهم کل رد پای آب بود. بعد از پنبه، هندوانه بیشترین سهم رد پای سفید بین سایر محصولات را داشت که حدود 64 درصد از سهم کل رد پای آب را به خود اختصاص داده و سهم رد پای آب آبی در این محصول 32 درصد برآورد شده است. سهم رد پای آب سفید در محصولات جو، گندم، یونجه، پیاز، گوجه‌فرنگی، خربزه و ذرت به‏ترتیب برابر 55‌، 49‌، 48‌، 51‌، 46‌، 54 و 5/37 درصد از سهم کل رد پای آب محاسبه‌شده است. با توجه به سهم بسیار زیاد رد پای آب سفید، می‏توان از رد پای آب خاکستری صرف‌نظر کرد. همچنین، رد پای آب سبز به دلیل کمبود میزان بارش در استان قم بسیار ناچیز برآورد شده است. رد پای آب سبز در محصولات جو و گندم نسبت به سایر محصولات بیشتر بود که علت این امر یکسان بودن فصل کشت و بارندگی بوده‏ است. سهم رد پای آب سبز در محصول جو و گندم به‌ترتیب 12 و 11 درصد از سهم کل رد پای آب بوده است. صادرات آب مجازی استان قم مربوط به دو محصول پنبه و جو بود، که حجم آب مجازی صادراتی سالانۀ این دو محصول معادل 41/250 میلیون مترمکعب و درآمد اقتصادی حاصل از آن، معادل 429 میلیارد ریال بوده‏ است. همچنین، محصولات گندم، پیاز، گوجه‌فرنگی، خربزه و هندوانه به استان وارد می‌شود و حجم واردات آب مجازی استان معادل MCM683 بوده است. در نهایت، برای درک بهتر وضعیت منابع آبی موجود، شاخص‏های محاسباتی آب نیز محاسبه شده است. استان قم با شاخص کم‏آبی 33 درصد در آستانۀ کم‏آبی قرار دارد و همچنین شاخص شدت مصرف آب نیز 30 درصد برآورد شده است.

روش‌های رایج در برآورد تبخیروتعرق و نیاز آبی عموما با فرض شرایط ایده‌آل و بدون تنش است. اما در شرایط واقعی مزرعه، تنش‌های مختلف مانند شوری، خشکی، دمایی، حاصل‌خیزی خاک و مدیریت زراعی بر تبخیروتعرق و عملکرد تاثیر می‌گذارند. در این تحقیق با استفاده از مدل آکواکراپ که برخی از تنش‌های زراعی و اقلیمی را در نظر می گیرد تبخیر و تعرق واقعی و نیاز خالص آب آبیاری برای محصولات غالب دشت مغان شامل گندم، جو و ذرت دانه‌ای برآورد گردید. نتایج نشان داد که تبخیر و تعرق و نیاز آبی حاصل از این مدل در مقایسه با مدل کراپ وات کمتر است و این کاهش به دلیل در نظر گرفتن تنش‌های مختلف زراعی از قبیل میزان شوری، حاصل‌خیزی و تنش‌های اقلیمی توسط مدل آکواکراپ می‌باشد؛ در صورتی‌که مدل کراپ وات فقط اقلیم را در‌نظر می‌گیرد. با توجه به نتایج به‌دست آمده از مدل آکواکراپ در مقایسه با مدل کراپ وات، به‌طور میانگین در دشت مغان نیاز آبی خالص گندم، جو و ذرت دانه‌ای به‌ترتیب 41، 69 و 790 متر مکعب در هکتار کاهش پیدا می‌کند. نتایج تبخیروتعرق و نیاز آبی خالص حاصل از مدل آکواکراپ با نت وات (سندملی نیاز آبی محصولات زراعی و باغی) نیز مقایسه شد که برای گندم و ذرت دانه‌ای مقادیر بیشتر و برای جو کمتر برآورد گردیده است. داده‌های نت وات از درجه اطمینان پایینی برخوردار بوده که می‌تواند به دلیل به روز نبودن اطلاعات اقلیمی نت وات باشد.

تخمین صحیح بارش در شبیه­سازی سیلاب، پایش خشکسالی و مدیریت منابع آب امری ضروری و مهم بشمار می­آید. در حال حاضر بخش­های عمده­ای از جهان، فاقد ایستگاه­های اندازه­گیری بارش زمینی هستند و حتی در صورت وجود از نظر زمانی و مکانی دارای پوشش مناسبی نیستند و همین مساله مطالعات منابع آب را با چالشی اساسی روبرو می­نماید. یکی از مهم­ترین منابع بارشی موجود، پایگاه­های بارشی مدل مبنا می­باشد که با تلفیق فن­آوری­های ماهواره­ای، مدلهای سطح زمین (LSMs) و مدل­های عمومی گردش جو (GCMs) داده­های شبکه­بندی شده با توان تفکیک مکانی و زمانی بالا را برای تمامی نقاط دنیا ارائه می­نماید. این گزینه می‌تواند کمبود اطلاعات ایستگاه‌های زمینی را به ویژه در مناطقی که از این حیث با کمبود مواجه هستند تا حدود زیادی برطرف سازد. در پژوهش حاضر به ارزیابی عملکرد یکی از مهم­ترین پایگاه­های بارشی مدل مبنا به نام پایگاه ECMWF در گام­های زمانی روزانه و ماهانه در سطح حوضه آبریز سفیدرود (در بازه زمانی 2000 تا 2008) پرداخته شده است. همچنین برای ارزیابی هرچه بهتر پایگاه مذکور از داده­های بارش مبتنی بر سنجش از دور TRMM نیز استفاده گردید. نتایج حاصل از ارزیابی عملکرد پایگاه بارش ECMWF در سطح این حوضه در دو مقیاس زمانی روزانه و ماهانه حاکی از آن است که این منبع دارای همبستگی بالایی با ایستگاه­های زمینی به ویژه در بخش­های جنوبی، مرکزی و غربی حوضه است. به عنوان مثال در هر دو گام زمانی روزانه و ماهانه، همبستگی بین متوسط داده­های بارشی این منبع با داده­های بارش زمینی به ترتیب در حدود 83/0 و 94/0 برآورد گردید در حالیکه در صورت استفاده از پایگاه TRMM مقادیر مذکور به ترتیب معادل 32/0 و 57/0 بدست آمد. برخلاف پایگاه­های بارشی بازتحلیل شده، یکی از نقاط ضعف پایگاه­های بارشی همچون TRMM، تخمین ضخامت ابر و میزان آب قابل بارش توسط آن، تنها بر اساس تکنیک­های مبتنی بر سنجش از دور می­باشد. همچنین از نظر آماره­های طبقه­بندی، پایگاه بارش ECMWF در هر دو گام زمانی روزانه و ماهانه با دارا بودن مقادیر کم شاخص FAR (گزارش­های اشتباه)، مقادیر بالای شاخص Accuracy (صحت پیش­بینی­های درست) و نیز مقدار بالا در تشخیص روزهای بارانی (POD) دارای عملکرد بسیار مناسبی می­باشد. از آنجائی که حوضه آبریز سفیدرود با توجه به وسعت زیاد دارای تنوع اقلیمی، توپوگرافیکی و پوشش گیاهی متفاوتی است، نتایج بدست آمده در آن می­تواند راهنمای مناسبی برای استفاده در حوضه­های مشابه مدنظر قرار گیرد. لذا در حوضه­های فاقد آمار که امکان دسترسی به داده­های زمینی برای ارزیابی عملکرد پایگاه­های بارش مختلف میسر نمی­باشد، استفاده از این منبع بارشی ارزشمند می­تواند سودمند باشد.

افزایش روزافزون تقاضای محصولات کشاورزی و افزایش فشار بر منابع آب و خاک از یک سو و مشکلات دستیابی به داده‌های میدانی از سوی دیگر، ضرورت استفاده از مدل‌های مناسب برای پیش‌بینی عملکرد محصولات کشاورزی را نمایان می‌سازد. بسیاری از پارامترهای ورودی مدل‌های گیاهی در کشور ما در دسترس نیستند. از طرف دیگر با پدید آمدن تکنیک‌های آماری نوین و شبکه‌های عصبی مصنوعی، مدل‌های پیش‌بینی‌کننده عملکرد محصولات زراعی به سرعت رو به توسعه است. بدین منظور پژوهشی با هدف ارزیابی قابلیت شبکه‌های عصبی مصنوعی برای یادگیری از مدل‌های پیچیده گیاهی و توانایی آنها در پیش‌بینی عملکرد و طول دوره رشد گندم و برخی از پارامترهای مورد نیاز مدل گیاهی AquaCrop انجام گرفت. ارزیابی مدل-های شبکه عصبی مصنوعی نیز با شاخص‌های آماری ضریب تبیین (R2) ، جذر میانگین مربعات خطا نرمال شده (SRMSE) انجام شد. نتایج نشان دادکه مدل شبکه عصبی شماره 9 (طول دورة رشد از گل‌دهی تا برداشت) با R2 و SRMSE به ترتیب برابر با 98/0 و 79/4 % و مدل شبکه عصبی شماره 2 (عملکرد دانه در زمان برداشت) با R2 و SRMSE به ترتیب برابر با 97/0 و 69/9% به ترتیب بهترین دقت را در بین مدل‌های پیش‌بینی دوره‌های مهم رشد و عملکرد دانه گندم داشتند. براساس نتایج این مطالعه ، کارآیی شبکه‌های عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی عملکرد و طول دوره‌های مهم فصل رشد گندم با استفاده از متغیرهای اقلیمی مورد تایید قرار گرفت.

یکی از عوامل محدودکننده گسترش فضای سبز به عنوان یکی از اساسی ترین عوامل پایداری حیات طبیعی و انسانی در شهرنشینی نوین، کمبود منابع آب قابل دسترس می باشد. این محدودیت به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک بیشتر مطرح است. با افزایش جمعیت کلان شهر تهران در معرض تنش‌های آبی شدیدتری قرار خواهد گرفت و اصلاح الگوی مصرف آب در بخش فضای سبز بسیار ضروری است. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی اثربخشی سامانه‌های آبیاری هوشمند در کاهش مصرف آب فضای سبز طراحی انجام گردید. در این راستا سامانه آبیاری هوشمند برای فضای سبز مورد مطالعه اجرا گردید و عملکرد این سامانه با سامانه آبیاری رایج (دستی) مقایسه گردید. برنامه زمانی آبیاری هوشمند بر اساس محاسبه نیاز آبی فضای سبز به کنترل کننده‌ی سامانه معرفی شد. زمان آبیاری بهینه نیز متناسب با نیاز آبی فضای سبز با استفاده از مدل بهینه‌ساز به دست آمد. نتایج مطالعه نشان داد با روش انجام شده صرفه جویی در مصرف آب با هوشمندسازی آبیاری ماهانه و هفتگی به ترتیب 6 و 15 درصد می باشد. صرفه جویی مصرف آب در حالت هفتگی معادل 26445 لیتر صرفه جویی آب در مساحت حدود2500 مترمربع بوده است. در روش پیشنهادی بر طبق شرایط تحقیق، میزان صرفه جویی آب برای هر متر مربع 10/6 لیتر برآورد گردید. با توجه به مساحت کل پارک ها در شهر تهران، با بهبود مدیریت آبیاری در سامانه های آبیاری فضای سبز به روش پیشنهادی می توان ماهانه در حدود 288000 متر مکعب آب صرفه جویی نمود. روش پیشنهادی پیچیدگی و هزینه اجرایی چندانی ندارد و می تواند مورد استفاده سازمان ها و نهادها خصوصی و دولتی قرار گیرد.

از میان مولفه‌های اقلیمی، بارش به علت دارا بودن تغییرات مکانی و زمانی قابل توجه، یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌ها در چرخه هیدرولوژیکی بشمار می-آید. با توسعه روزافزون تکنولوژی‌های ماهواره‌ای در دهه‌های اخیر، امکان دسترسی به منابع بارشی با توان تفکیک مکانی و زمانی بالا برای بسیاری از نقاط جهان فراهم شده است. در پژوهش حاضر به ارزیابی عملکرد زمانی و مکانی یکی از مهم‌ترین منابع بارشی مدل مبنا به نام ECMWF در گام-های زمانی روزانه و ماهانه در سطح حوضه آبریز سفیدرود پرداخته شده است. همچنین در این پژوهش از منابع بارشی پرکابرد مانند PERSIAN و TRMM نیز برای بررسی کارائی منبع ECMWF استفاده بعمل آمد. نتایج حاصل از ارزیابی عملکرد منبع ECMWF در سطح حوضه آبریز سفیدرود و در مقیاس روزانه حاکی از آن است که این منبع با دارا بودن ضریب همبستگی بالای 8/0 با ایستگاه‌های زمینی، دارای بهترین علمکرد بوده و این در حالیست که دو منبع PERSIAN و TRMM به ترتیب دارای ضریب همبستگی 47/0 و 32/0 می‌باشند. بر خلاف گام زمانی روزانه، در گام زمانی ماهانه عملکرد دو منبع ECMWF و PERSIAN تقریبا مشابه بوده و هر دو دارای ضریب همبستگی بالای 9/0 هستند. همچنین از نظر آماره‌های طبقه‌بندی منبع ECMWF در هر دو گام زمانی روزانه و ماهانه با دارا بودن کمترین شاخص FAR (گزارش‌های اشتباه)، بالاترین شاخص Accuracy (صحت پیش‌بینی‌های درست) و نیز بالاترین رتبه در تشخیص روزهای بارانی (POD) دارای عملکرد به مراتب بهتری نسبت به دیگر منابع بارشی می-باشد.

برای بررسی اثر تنش‌های شوری آب و حاصلخیزی خاک بر مقدار تبخیر و تعرق ذرت، آزمایشی به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی، در مزرعه آموزشی دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) و در سال 1396 انجام شد. تیمارهای شوری آب شامل چهار سطح 5/0، 1/2، 5/3 و 7/5 دسی زیمنس بر متر و تیمارهای حاصلخیزی خاک نیز در چهار سطح 100، 75، 50 و 25 درصد نیاز به کود ازته، در سه تکرار و در کرت‌هایی به مساحت 9 مترمربع به اجرا درآمد. در فواصل بین دو آبیاری، با اندازه‌گیری رطوبت خاک در عمق ریشه، تفاوت جذب آب توسط کرت­های تحت تنش نسبت به کرت بدون تنش، بررسی شد. نتایج نشان داد که با تغییر شوری آب آبیاری از حد 5/0 به 7/5 دسی­زیمنس بر متر در حاصلخیزی ، ، و ، ضریب تنش تبخیر و تعرق به ترتیب 77/0، 69/0، 64/0 و 63/0 شده است. همچنین با تغییر سطح حاصلخیزی از به ، در شوری ، ، و ، ضریب به ترتیب؛ 96/0، 88/0، 83/0 و 63/0 شده است. از تیمار تا ، مقدار تبخیر و تعرق، ضریب و عملکرد محصول،به ترتیب؛ 37، 37 و 38 درصد کاهش یافته است. برای تخمین تبخیر و تعرق از روی تنش­های شوری و حاصلخیزی، شکل‌های مختلف توابع تولید برازش داده شد. در بین آن‌ها، تابع درجه دوم به دلیل داشتن آماره‌های RMSE و ME حداقل و و EF نزدیک به عدد یک، به‌عنوان تابع بهینه انتخاب شد. نتایج حاصل نشان داد که تنش‌های شوری و حاصلخیزی، با کاهش ضریب ، اثر کاهنده‌ای بر مقدار تبخیر و تعرق گیاه دارد. لذا با تعیین صحیح نیاز آبی گیاه تحت تنش، می‌توان از مصرف بی‌رویه آب جلوگیری کرد.

برای مطالعه تأثیر شوری آب و کمبود ازت خاک (تنش حاصلخیزی)، بر مقدار ضریب K_s و آب سهل‌الوصول (RAW) ذرت، آزمایشی به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی، در سال 1396 و در قزوین انجام شد. تیمارهای هدایت الکتریکی آب شامل چهار مقدار (S_0 )5/0، (S_1 )1/2، (S_2 )5/3 و (S_3 )7/5 دسی‌زیمنس بر متر و تیمارهای ازت خاک در چهار سطح (N_0 )100، (N_1 )75، (N_2 )50 و (N_3 )25 درصد مصرف کود ازت، در سه تکرار و در کرت‌هایی به مساحت 9 متر مربع به اجرا درآمد. هم‌زمان با افزایش مقاومت روزنه‌ها در اثر تنش‌های محیطی وارده بر گیاه، آبیاری کرت‌ها انجام شد. ضریب RAW با اندازه‌گیری رطوبت خاک قبل از آبیاری و ضریب K_s، از تقسیم مقدار تبخیر و تعرق گیاه تحت تنش بر گیاه شاهد، محاسبه شد. تغییرات ضریب K_s از تیمار S_0 N_0 تا S_3 N_3 ؛ 1 تا 63/0 بود. برای برآورد ضریب K_s از روی مقادیر تنش‌های شوری و ازت، توابع مختلف بین ضریب K_s و نسبت‌هایN_i/N_0 و S_i/S_0 برازش داده شد. در نهایت تابع درجه دوم با ضریب تبیین 984/0 به عنوان تابع بهینه تخمین K_s انتخاب شد. با تغییر حاصلخیزی از N_0 به N_3 در تیمارهای S_0،S_1، S_2 و S_3، مقدار RAW به ترتیب؛ 7/63، 7/58، 4/55 و 42 درصد و با تغییر شوری آب از S_0 به S_3 در تیمارهای N_0، N_1، N_2 و N_3، مقدار RAW به‌ترتیب؛ 7/51، 3/46، 7/42 و 42 درصد برآورد شد. نتایج نشان داد که تنش شوری آب و کمبود ازت خاک، بر افزایش مقاومت روزنه، کاهش تبخیر و تعرق گیاه و حفظ محتوای آب خاک مؤثر بود. پس در شرایط وجود تنش‌های محیطی، می‌توان با کاهش حجم آب آبیاری، علاوه بر تأمین آب مورد نیاز گیاه، از هدررفت آب جلوگیری به‌عمل آورد.