نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استادیار موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
2 مربی موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Abstract
For the proper use of water resources and prevention of soil degradation, it is necessary to select the best irrigation system. The aim of this study was to map the land suitability evaluation for different irrigation methods (surface and drip) in 46000 ha of Sistan plain including Hirmand, Hamon, Nimroz, Zahak, and Zabol counties. For this purpose, 600 pedons with an approximate distance of 700 to 800 m were excavated, described, and sampled. In this study, land suitability evaluation for different irrigation methods based on soil properties and topography was done using the parametric method. Then, land suitability maps for surface and drip irrigation methods were prepared using the Inverse Distance Weighting (IDW) method. The results showed that in the studied area, the conditions for drip irrigation are better than the surface irrigation method. However, in many studied areas, there are restrictions for drip irrigation, and for proper and efficient use of this irrigation system, the restrictions must be removed. Moreover, the results confirmed that in all studied areas the most important limitations are salinity/alkalinity and limitations due to physical soil properties. The silty clay and silty loam textural were the most limitation classes. Due to the fact that changing the physical properties is not easily possible, it seems that soil remediation based on salinity and alkalinity can help to remove or reduce the limitations.
Introduction
Food security and stability in the world greatly depend on the management of natural resources. Moreover, farm production should be increased using these limited resources for feeding the growing global population. The scarcity of water in arid and semiarid regions such as Iran is a restrictive element for the agricultural sector. Therefore, there is an urgent need to develop initiatives to save water in this particular sector. For proper use of water resources and prevention of soil degradation, it is necessary to select the best irrigation system. In this regard, the aim of this study was to map the land suitability evaluation for different irrigation methods (surface and drip) in 46000 ha of Sistan plain including Hirmand, Hamon, Nimroz, Zahak, and Zabol counties.
Methodology
The present study was conducted in an area of about 46000 ha in the Sistan plain, northeast of Sistan and Baluchestan Province, Iran. The Sistan plain is located in Hirmand, Hamon, Nimroz, Zahak and Zabol counties. In this study, 600 pedons with an approximate distance of 700 to 800 m were excavated. All the pedons were described according to the field book for describing and sampling soils (Schoeneberger, Wysocki, & Benham, 2012). Then, soil samples were taken from different genetic horizons. Soil samples were air-dried, grounded, and passed through a 2-mm sieve. Then, particle size distribution, pH, Electrical conductivity (EC), calcium carbonate equivalent (CCE), the content of organic carbon, soluble Ca, Mg, Na, and K were determined. In this study, land suitability evaluation for different irrigation methods based on soil properties and topography was done using the parametric method. The capability index for irrigation was determined based on the rating of soil properties. Then, the suitability classes were defined according to the value of the capability index. After that, land suitability maps for surface and drip irrigation methods were prepared using the Inverse Distance Weighting (IDW) method.
Discussion
The results show that Hirmand County with 916 ha has the highest and Hamoon County with 226 ha has the lowest land area with S1 suitability class for surface irrigation. In Hamoon County, in relation to the ability to use surface irrigation, the majority of the studied lands (approximately 4492 ha) have S2ns class. Zahak County with 929 ha has the highest and Hamoon County with 214 ha has the lowest level of lands with S1 suitability class for drip irrigation. Based on the values of overall accuracy and kappa index, it can be stated that for all counties and both irrigation methods, the predictions were accurate. The overall accuracy of 80% and the kappa index of 0.7 indicate the high accuracy of the predicted maps.
Conclusion
The results show that in the studied area, the conditions for drip irrigation are better than the surface irrigation method. However, in many studied areas, there are restrictions for drip irrigation, and for proper and efficient use of this irrigation system, the restrictions must be removed. Moreover, results confirm that, in all studied areas, the most important limitations are salinity/alkalinity and limitations due to physical soil properties. The silty clay and silty loam textural are the most limiting classes. As changing the physical properties is not easily possible, it seems that soil remediation based on salinity and alkalinity can help to remove or reduce the limitations.
Keywords: Suitability Index, Pedon, Irrigation System.
References
- Albaji, M., Nasab, B., & Naseri, A. A. (2010). Comparison of different irrigation methods based on the parametric evaluation approach in the plain West of Shush, Iran. Journal of Irrigation and Drainage, 59(1), 547-558.
- Albaji, M., Eslamian, S., Naseri, A. A., & Eslamian, F. (2020). Handbook of irrigation system selection for semi-arid regions. CRC Press, Taylor and Francis Group.
- Barberis, A., & Minelli, S. (2005). Land evaluation in Shouyang County, Shanxi Province, China. The 25th Professional Master Course. IAO: Florence, Italy.
- Bienvenue, J. S., Ngardeta, M., & Mamadou, K. (2003). Land evaluation in the Province of Thies Senegal. The 23rd Professional Master Course. IAO: Florence, Italy.
- Braester, C. (1983). Moisture variation at the soil surface and the advance of the wetting front during infiltration at constant flux. Journal of Water Resource Research, 9(1), 687-694.
- Cindy, S. K., & Hunt, J. R. (1996). Prediction of wetting front movement during one-dimensional infiltration into soils. Journal of Water Resource Research, 32(1), 55–64.
- Congalton, R. (1991). A review of assessing the accuracy of classification of remotely sensed data. Journal of Remote Sensing Environmental, 37(1), 35–46.
- Dengiz, O. (2006). Comparison of different irrigation methods based on the parametric evaluation approach. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 30(1), 21-29.
- FAO. (2017). Water for sustainable food and agriculture. A report produced for the G20 presidency of Germany. Roma: Food and Agriculture Organization of the United Nations.
- Jolaini, M., & Mehrabadi, H. R. (2012). Investigation the effect of surface and subsurface drip irrigation methods and irrigation interval on yield quality and quantity of cotton. Journal of Water and Soil, 26(3), 736-742.
- Schoeneberger, P. J., Wysocki, D. A., & Benham, E. C. (2012). Field book for describing and sampling soils. Natural Resources Conservation Service. National Soil Survey Center.
- Sedigh Kia, M., Nateghi, M. B., Kaviayni, S., & Naghipour, N. (2015). Evaluation and zoning of irrigation methods on Etka orginiziation lands in Dorud, using analytical hierarchy process. Journal of Water Research in Agriculture, 28(4), 749-758.
- Soil Survey Staff. (1996). Soil survey laboratory methods manual. Natural Resources Conservation Service (NRCS).
- Sys, C., Van Ranst, E., & Debaveye, J. (1991). Land evaluation, principles in land evaluation and crop production calculations. Agricultural Publications.
کلیدواژه‌ها [English]
ایران ازنظر موقعیت جغرافیایی، جزو مناطق خشک و نیمه‌‌خشک جهان است و ازنظر کمبود آب، وضعیتی بحرانی دارد. موقعیت اقلیمی خشک و نیمه‌‌خشک کشور، توزیع غیریکنواخت بارندگی و نبود تناسب میان میزان و زمان بارندگی و نیاز آبی گیاهان موجب شده‌است که این وضعیت حادتر شود. از سوی دیگر، کشاورزی آبی بهطور میانگین، تقریباً بیش از 70 درصد از منابع آب شیرین را مصرف میکند که این مقدار در کشورهای در حال توسعه به بیش از 80 درصد نیز می‌‌رسد.[1] براساس پیش‌‌بینی فائو، نیاز تغذیه‌‌ای برای جمعیت رو به افزایش، تا سال 2050، حدود 60 درصد افزایش مییابد (FAO, 2017). امنیت غذایی و پایداری منابع تولید تا حد زیادی به چگونگی بهره‌‌برداری از این منابع بستگی دارد. با توجه به افزایش رو به رشد جمعیت و کاهش حجم منابع آب (سطحی و زیرسطحی)، منابع آب موجود پاسخگوی تقاضای رو به رشد محصولات کشاورزی نیست. بنابراین چالش بزرگ برای دهه‌‌های پیشِ‌رو، افزایش تولیدات کشاورزی با مصرف آب کمتر به‌ویژه در مناطقی با محدودیت منابع آب است. به‌منظور بهبود راندمان آبیاری و استفادة مناسب از منابع آب موجود، باید از بهترین سامانههای آبیاری برای تأمین نیاز آبی بهره برد (Sedigh kia et al., 2015: 749‑758). ازاینرو، با توجه به کمبود منابع آب و اقلیم خشک و نیمه‌‌خشک کشور، استفاده از شیوه‌‌های نوین آبیاری در کشاورزی امری اجتناب‌ناپذیر است (Jolaini and Mehrabadi, 2012: 736‑742).
اهمیت خاک در طراحی سامانههای آبیاری به قدری است که گذشته از ابعاد و اندازه‌‌های طرح، بر نوع سامانة آبیاری نیز تأثیر می‌گذارد. تعیین تناسب سرزمین برای روشهای مختلف آبیاری نیازمند ارزیابی ویژگیهای خاک، توپوگرافی منطقه و کیفیت آب آبیاری است (Dengiz, 2006: 21‑29). Bienvenue et al. (2003) تناسب سرزمین برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای را در تیس و سنگال با استفاده از روش پارامتریک ارزیابی کردند و دریافتند که زهکشی خاک و بافت شنی، محدودکننده‌‌ترین عوامل در این منطقه‌اند. تاکنون پژوهشگران بسیاری تناسب بیشتر روش آبیاری قطرهای نسبت‌به روش آبیاری سطحی را گزارش کرده‌اند، ازجمله:
Barberis and Minelli (2005) طبقه‌‌بندی تناسب برای روشهای آبیاری قطرهای و سطحی را با استفاده از روش پارامتریک در منطقه‌‌ای از کشور چین انجام دادند. نتایج گویای آن بود که تناسب آبیاری سطحی بسیار کمتر از آبیاری قطرهای بوده‌است.
Dengiz (2006) روشهای مختلف آبیاری شامل سطحی و قطرهای را در مناطقی در جنوب آنکارا ارزیابی کرد. نتایج نشان داد که وسعت اراضی مناسب برای آبیاری قطرهای 38 درصد بیشتر از آبیاری سطحی بوده‌است. مهمترین عوامل محدودکنندة سرزمین شامل شوری خاک، زهکشی و بافت خاک بودند.
Albaji et al. (2010) تناسب اراضی دشت‌‌های غربی شوش استان خوزستان را برای آبیاری سطحی و قطرهای با استفاده از روش پارامتریک ارزیابی کردند. نتایج نشان داد که 21 درصد از اراضی (9031 هکتار) برای آبیاری سطحی و 5/77 درصد (32500 هکتار) برای آبیاری قطرهای بسیار مناسب بودند.
بررسی و ارزیابی ویژگیهای خاک برای تعیین محدودیت‌‌های زمین و تعیین ظرفیت و قابلیت زمین برای هریک از سامانههای آبیاری اهمیت بسیاری دارد و یکی از ابزارهای مهم توسعة پایدار کشاورزی در هر منطقه محسوب میشود. دشت سیستان در بخش سفلای حوضة آبریز هیرمند واقع شده‌است. مهمترین منبع تأمین آب در این حوضه، رودخانة هیرمند است که ازنظر آبدهی، بسیار متغیر، و آبدهی آن بیشتر به ماههای بهمن تا اردیبهشت مربوط است. محدودیت منابع آب، نابهنگام بودن آوردهای سطحی رودخانة هیرمند و تناسب نداشتن با نیازهای آبی گیاهان کشت‌‌شده، و یکنواخت نبودن و پیوسته نبودن توزیع آب سبب ایجاد چالش‌‌های جدی و کاهش رشد محصولات در این منطقه شده‌است. با توجه به محدودیت منابع آب در این منطقه، به‌‌نظر می‌‌رسد که افزایش تولیدات کشاورزی با مصرف آب کمتر به تولید پایدار در این منطقه کمک زیادی میکند. یکی از راهکارهای کاهش مصرف آب، بهبود راندمان آبیاری با کاربرد بهترین سامانة آبیاری است. ازاینرو، هدف از انجام این پژوهش ارزیابی تناسب اراضی برمبنای ویژگیهای خاک و ویژگیهای اراضی برای سامانههای مختلف آبیاری (سطحی و قطرهای) در اراضی دشت سیستان (شامل شهرستان‌‌های هیرمند، هامون، نیمروز، زهک و زابل استان سیستان و بلوچستان) است.
منطقة مطالعه‌شده با مساحت تقریبی 46 هزار هکتار در دشت سیستان و شمال شرقی استان سیستان و بلوچستان در حدفاصل ´20 ˚61 تا ´50 ˚61 طول شرقی و ´45 ˚30 تا ´20 ˚31 عرض شمالی واقع شده‌است. دشت سیستان با مساحت تقریبی 203 هزار هکتار، یک پایین‌افتادگی است که براثرِ حرکات تکتونیک و آخرین فاز کوه‌زایی به شکل چاله‌‌ای درآمده و سپس براثرِ انباشته‌شدن رسوبات پر شده‌است. این دشت در محدودة شهرستان‌‌های هیرمند، هامون، نیمروز، زهک و زابل استان سیستان و بلوچستان قرار دارد. میانگین ارتفاع محدودة مطالعاتی تقریباً 482 متر بالاتر از سطح دریاست.
اقلیم منطقة سیستان براساس طبقه‌‌بندی کوپن[2]، گرم و خشک بیابانی است؛ یعنی تابستان‌‌های طولانی و زمستان‌‌های ملایم دارد. متوسط بارندگی سالیانه در این منطقه بسیار کم و برابر با 55 میلی‌‌متر است، در حالی که میزان تبخیر سالیانة آن 4800 میلی‌‌متر است.
در پژوهش حاضر، 600 خاکرخ در 5 شهرستان مختلف با فواصل 700 تا 800 متر حفر شد. موقعیت دشت سیستان در استان سیستان و بلوچستان همراه با موقعیت مکانی خاک‌‌رخ‌‌های حفرشده در شکل 1 آورده شده‌است. تمامی خاک‌‌رخ‌‌های حفرشده براساس راهنمای توصیف و نمونهبرداری خاک‌‌ها در صحرا (Schoeneberger et al., 2012: 1‑200) تشریح، و از افق‌‌های مختلف آنها نمونهبرداری شد. همچنین درصد سنگ‌ریزة نمونه‌‌ها بهصورت حجمی طی مطالعات صحرایی اندازه‌‌گیری، و سپس تمامی نمونههای جمع‌‌آوری‌شده برای انجام تجزیه‌‌های فیزیکی و شیمیایی به آزمایشگاه منتقل شد.
نمونههای خاک پس از هواخشک‌شدن در محیط آزمایشگاه کوبیده، و از الک دومیلی‌‌متری عبور داده شد. سپس بافت خاک و اجزای آن، PH خاک در گل اشباع با استفاده از دستگاه PH متر، قابلیت هدایت الکتریکی عصارة اشباع با دستگاه هدایت‌‌سنج، کربنات کلسیم معادل، گچ، سدیم، پتاسیم، کلسیم و منیزیم محلول براساس روشهای معمول اندازه‌‌گیری شد (Soil Survey Staff, 1996).
|
|
|
در این پژوهش، ارزیابی تناسب اراضی برای روشهای گوناگون آبیاری برمبنای جدول‌‌های ویژگیهای خاک و توپوگرافی دنگیز[3] انجام شد. در این روش، توپوگرافی شامل شیب و ویژگیهای خاک شامل بافت خاک و درصد سنگ‌ریزه، عمق خاک، درصد کربنات کلسیم معادل، درصد گچ، شوری ـ قلیائیت و زهکشی است. به‌منظور انجام ارزیابی تناسب اراضی برای سامانههای آبیاری سطحی و قطرهای، از روش پارامتریک استفاده شد. با توجه به اینکه با افزایش عمق خاک، تأثیر ویژگیهای خاک بر رشد گیاه کاهش مییابد، در خاکرخهایی که تأثیر ویژگی خاک با عمق افزایش داشت، ضرایب وزنی مربوط به عمق‌‌های مختلف خاک در رابطه با تمامی ویژگیهای خاک غیر از درصد سدیم تبادلی اعمال شد، به‌‌طوری‌که عمق 100سانتیمتری خاک به چهار بخش مساوی تقسیم و ضرایب 75/1، 25/1، 75/0 و 25/0 بهترتیب از سطح به عمق برای آنها اعمال شد. در خاکرخهایی که تأثیر ویژگی خاک با افزایش عمق کاهش داشت، تأثیر ویژگی در عمق 25 سانتیمتر ابتدای خاکرخ لحاظ شد. برای مقدار درصد سدیم تبادلی، حداکثر مقدار آن در اعماق مختلف خاکرخ در محاسبات اعمال شد.
ابتدا بافت هریک از افق‌‌های خاک و سپس برمبنای جدول 1، درجة مربوط به آن برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای تعیین شد. وجود سنگ‌ریزه در خاک بر رفتار آن درقبال حرکت و ذخیرة آب تأثیر می‌گذارد. ازاینرو، تأثیر این ویژگی به‌همراه بافت خاک در جدول 1 در نظر گرفته شده‌است (Sys et al., 1991: 1‑274; Dengiz, 2006: 21‑29; Albaji et al., 2020: 1‑342). سپس میانگین وزنی درجات تناسب بافت در عمق 100سانتیمتری یا تا بالای لایة محدودکننده، هرکدام که کم‌عمق‌‌تر بود، محاسبه شد.
Table 1- Rating of textural classes for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
|
Rating for surface irrigation |
Texture* |
||||||||||
|
Coarse gravel (%) |
|
Fine gravel (%) |
|
Coarse gravel*** (%) |
|
Fine gravel** (%) |
|||||||
|
75-40 |
15-40 |
75-40 |
15-40 |
15> |
75-40 |
15-40 |
75-40 |
15-40 |
15> |
||||
|
50 |
80 |
|
80 |
90 |
100 |
|
50 |
80 |
|
80 |
90 |
100 |
CL |
|
50 |
80 |
|
80 |
90 |
100 |
|
50 |
80 |
|
80 |
90 |
100 |
SiCL |
|
45 |
75 |
|
75 |
85 |
95 |
|
45 |
75 |
|
75 |
85 |
95 |
SCL |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
L |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
SiL |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
|
45 |
70 |
|
70 |
80 |
90 |
Si |
|
40 |
80 |
|
80 |
95 |
85 |
|
40 |
80 |
|
80 |
95 |
85 |
SiC |
|
40 |
80 |
|
80 |
95 |
85 |
|
40 |
80 |
|
80 |
95 |
85 |
C |
|
35 |
80 |
|
85 |
90 |
95 |
|
35 |
75 |
|
75 |
90 |
80 |
SC |
|
35 |
75 |
|
80 |
85 |
95 |
|
35 |
60 |
|
60 |
65 |
75 |
SL |
|
35 |
60 |
|
55 |
75 |
85 |
|
25 |
45 |
|
45 |
50 |
55 |
LS |
|
35 |
35 |
|
50 |
65 |
70 |
|
25 |
25 |
|
25 |
25 |
30 |
S |
*: CL= Clay Loam, SiCL=Silty Clay Loam, SCL=Sandy Clay Loam, L=Loam, SiL=Silty Loam, Si=Silty, SiC=Silty Clay, C=Clay, SC=Sandy Clay, SL=Sandy Loam, LS=Loamy Sand, S=Sandy
**: Gravels with 2mm to 2.5 cm
***: Gravels greater than 2.5 cm
عمق خاک، ضخامتی از خاک است که روی لایة محدودکننده قرار دارد و عبور آب و ریشة گیاه از داخل آن امکان‌‌پذیر است. ابتدا وجود یا نبود لایة محدودکننده برپایة تعریف‌‌های ارائهشده، برای لایة محدودکننده بررسی، و سپس براساس عمق خاک، درجة تناسب برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای تعیین شد (جدول 2).
Table 2- Rating of soil depth for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
Rating for surface irrigation |
Soil depth (cm) |
|
35 |
25 |
<20 |
|
70 |
60 |
20-50 |
|
90 |
80 |
50-80 |
|
100 |
90 |
80-100 |
|
100 |
100 |
>100 |
میانگین وزنی مقدار کربنات کلسیم معادل و گچ خاک در عمق 100سانتیمتری یا تا بالای لایة محدودکننده، هرکدام که کم‌عمق‌‌تر بود، محاسبه شد. سپس درجة تناسب مقدار کربنات کلسیم معادل و گچ برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای بهترتیب براساس جدول‌‌های 3 و 4 تعیین شد.
Table 3- Rating of CaCO3 for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
Rating for surface irrigation |
CaCO3 (%) |
|
70 |
80 |
>50 |
|
80 |
90 |
25-50 |
|
95 |
100 |
10-25 |
|
95 |
95 |
0.3-10 |
|
90 |
90 |
<0.3 |
Table 4- Rating of CaSO4.2H2O for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
Rating for surface irrigation |
CaSO4 (%) |
|
20 |
30 |
>50 |
|
50 |
60 |
25-50 |
|
75 |
85 |
10-25 |
|
90 |
100 |
0.3-10 |
|
90 |
90 |
<0.3 |
برای محاسبة این عامل، میانگین وزنی قابلیت هدایت الکتریکی در عمق صفر تا 100سانتیمتری یا تا بالای لایة محدودکننده، هرکدام که کم‌عمق‌‌تر بود، محاسبه و حداکثر درصد سدیم تبادلی در خاکرخ تعیین و سپس با توجه به مقادیر این دو ویژگی و جدول‌‌های 5 تا 7، درجة تناسب شوری ـ قلیائیت خاک برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای تعیین شد. با توجه به اینکه خاک‌‌های منطقه علاوه بر شوری، سدیمی نیز بودند، برای تعیین درجة تناسب شوری ـ قلیائیت، از جدول‌‌های 6 و 7 بهترتیب برای تعیین تناسب سرزمین روشهای آبیاری سطحی و قطرهای استفاده شد. براساس جدول 6، در نظر گرفتن کلاس بافت خاک برای تعیین درجة تناسب آبیاری ضروری است. برای این منظور، ابتدا میانگین وزنی سه جزء رس، سیلت و شن در عمق 100سانتیمتری یا تا بالای لایة محدودکننده، هرکدام که کم‌عمق‌‌تر بود، محاسبه و پس از آن، با استفاده از مثلث بافت خاک، کلاس بافتی تعیین شد.
Table 5- Rating of salinity with considering soil texture for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
|
Rating for surface irrigation |
ECe (dSm-1) |
||
|
Other textures |
C, SiC, SC, S textures |
Other textures |
C, SiC, SC, S textures* |
||
|
100 |
100 |
100 |
100 |
4> |
|
|
95 |
95 |
|
95 |
90 |
8-4 |
|
90 |
85 |
|
90 |
80 |
16-8 |
|
80 |
75 |
|
85 |
70 |
30-16 |
|
75 |
65 |
|
80 |
60 |
30< |
*: C= Clay, SiC= Silty Clay, SC= Sandy Clay, S= Sand
جدول 6- درجات شوری ـ قلیائیت با احتساب بافت خاک برای آبیاری سطحی
Table 6- Rating of salinity/alkalinity with considering soil texture for surface irrigation methods
|
ECe (dSm-1) |
ESP (%) |
||||
|
30< |
30-16 |
16-8 |
8-4 |
4-0 |
|
|
(60) 80 |
(70) 85 |
(80) 90 |
(90) 95 |
(*100)100 |
8-0 |
|
(50) 75 |
(60) 80 |
(70) 85 |
(80) 90 |
(90) 95 |
15-8 |
|
(40) 70 |
(50) 75 |
(60) 80 |
(75) 85 |
(80) 90 |
30-15 |
|
(30) 65 |
(40) 70 |
(50) 75 |
(60) 80 |
(70) 85 |
30< |
*: Numbers in parentheses are for Clay, Silty Clay, Sandy Clay and Sandy texture classes
and numbers out of parentheses are for other texture classes
Table 7- Rating of salinity/alkalinity with considering soil texture for drip irrigation method
|
ECe (dSm-1) |
ESP (%) |
||||
|
30< |
30-16 |
16-8 |
8-4 |
4-0 |
|
|
(65) 80 |
(75) 85 |
(85) 90 |
(95) 95 |
(*100)100 |
8-0 |
|
(55) 75 |
(65) 80 |
(75) 85 |
(80) 90 |
(90) 95 |
15-8 |
|
(45) 70 |
(55) 75 |
(65) 80 |
(75) 85 |
(80) 90 |
30-15 |
|
(35) 65 |
(45) 70 |
(55) 75 |
(60) 80 |
(70) 85 |
30< |
*: Numbers in parentheses are for Clay, Silty Clay, Sandy Clay and Sandy texture classes
and numbers out of parentheses are for other texture classes
شرایط زهکشی عمدتاً به عمق سفرة آب زیرزمینی، کیفیت آن (شور و غیرشور) و همچنین شرایط بافت خاک بستگی دارد. به‌منظور تعیین درجة تناسب کلاس زهکشی برای روشهای مختلف آبیاری از جدول 8 استفاده شد.
مهمترین عامل توپوگرافی تأثیرگذار بر تناسب سرزمین برای روشهای مختلف آبیاری، شیب منطقه است. درجه‌‌بندی این عامل برمبنای مقادیر شیب اصلی و فرعی، هرکدام که بیشتر باشد، تعیین میشود. همچنین درجات مربوط به شیب برپایة شرایط تراس‌‌بندی آنها متفاوت است. درجة مربوط به تناسب شیب برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای برپایة جدول 9 تعیین شد.
Table 8- Rating of drainage classes for surface and drip irrigation methods
|
|
Rating for surface irrigation |
Drainage Classes |
|||
|
Other textures |
C, SiC, SiCL, S, SC Textures |
|
Other textures |
C, SiC, SiCL, S, SC Textures |
|
|
100 |
100 |
|
100 |
100 |
Well Drained |
|
100 |
100 |
|
90 |
80 |
Moderately Drained |
|
90 |
80 |
|
80 |
70 |
Imperfectly Drained |
|
80 |
70 |
|
65 |
60 |
Poorly Drained |
|
65 |
50 |
|
65 |
40 |
Very Poorly Drained |
|
80 |
70 |
|
80 |
70 |
Drainage Status not known |
Table 9- Rating of slope for surface and drip irrigation methods
|
Rating for drip irrigation |
|
Rating for surface irrigation |
Slope (%) |
||
|
Terraced |
Non-terraced |
Terraced |
Non-terraced |
||
|
100 |
100 |
100 |
100 |
1-0 |
|
|
100 |
100 |
|
95 |
95 |
3-1 |
|
100 |
100 |
|
95 |
90 |
5-3 |
|
100 |
90 |
|
95 |
70 |
8-5 |
|
90 |
80 |
|
85 |
60 |
16-8 |
|
70 |
60 |
|
70 |
50 |
30-16 |
|
50 |
40 |
|
50 |
30 |
30< |
پس از تعیین درجة تناسب هریک از عوامل یادشده، براساس رابطة زیر، شاخص تناسب اراضی آبیاری (Land Suitability Index for Irrigation) محاسبه شد:
در این رابطه، LSI= شاخص تناسب اراضی برای آبیاری، = درجة بافت خاک، = درجة عمق خاک، = درجة کربنات کلسیم معادل، = درجة گچ، = درجة شوری ـ قلیائیت، = درجة زهکشی و درجة شیب است. کلاس‌‌های تناسب آبیاری برپایة مقادیر LSI، مطابق جدول 10 تعیین شد.
Table 10- Land suitability index for irrigation and suitability classes
|
Definition |
Suitability classes |
Capability Index |
|
Highly suitable |
S1 |
80< |
|
Moderately suitable |
S2 |
80-60 |
|
Marginally suitable |
S3 |
60-45 |
|
Currently not suitable |
N1 |
45-30 |
|
Permanently not suitable |
N2 |
30> |
برای کلاس‌‌های S2 تا N2، زیرکلاس‌‌هایی برپایة نوع عامل یا عوامل محدودکننده شامل s= محدودیت‌‌های مربوط به عمق خاک، بافت خاک، درصد کربنات کلسیم معادل و درصد گچ، n= محدودیت‌‌های مربوط به شوری ـ قلیائیت، w= محدودیت‌‌های مربوط به زهکشی و t= محدودیت‌‌های مربوط به پستی و بلندی تعریف شد.
پس از تعیین کلاس و زیرکلاس تناسب سرزمین برای خاک‌‌رخ‌‌های مدنظر، با استفاده از نرم‌‌افزار ArcGIS و روش وزن‌‌دهی معکوس فاصله (Inverse Distance Weighting- IDW)، نقشه‌‌های پیوستة زیرکلاس‌‌های تناسب سرزمین برای شهرستان‌‌های مختلف دشت سیستان و روشهای آبیاری سطحی و قطرهای تهیه شد. به‌منظور ارزیابی درستی و اعتبارسنجی نقشه‌‌ها، از ماتریس خطا (Congalton, 1991: 35‑46) استفاده شد. در این روش، با انطباق کلاس‌‌های (زیرکلاس‌‌های) موجود روی نقشه با واقعیت، درستی طبقه‌‌بندی بررسی شد. سپس با محاسبة شاخص‌‌های صحت عمومی (OA) و کاپا (K) اعتبارسنجی نقشه‌‌ها انجام شد.
در این روابط، تعداد سطر یا ستون‌‌های ماتریس، کلاس‌‌هایی که به‌درستی پیش‌‌بینی شده‌‌اند، تعداد کل سطرها، تعداد کل ستون‌‌ها و تعداد کل مشاهدات است. صحت عمومی نقشه نشان‌دهندة آن است که چه تعداد از مشاهدات به‌درستی طبقه‌‌بندی شده‌‌اند.
مساحت زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای آبیاری سطحی به تفکیک شهرستان‌‌های مطالعه‌شده در جدول 11 آورده شده‌است. براساس نتایج به‌دست آمده، در تمامی شهرستان‌‌های مدنظر، در رابطه با آبیاری سطحی، بیشترین مساحت اختصاص‌‌یافته به کلاس تناسب S2 با محدودیت همزمان ویژگیهای فیزیکی خاک و شوری ـ قلیائیت (S2ns) مربوط است. در شهرستان‌‌های زهک، هامون و زابل، از میان ویژگیهای فیزیکی خاک، بافت خاک شامل بافتهای لومی ـ شنی، شنی و شنی ـ لومی مهمترین ویژگی است که برای آبیاری سطحی در این مناطق محدودیت ایجاد میکند. به‌‌نظر می‌‌رسد که بافت خاک با تأثیر بر میزان نفوذ آب در خاک، بیشترین تأثیر را در انتخاب سامانة آبیاری دارد. به‌‌طورکلی در خاک‌‌هایی با بافت سبک، به‌دلیل وجود ذرات درشت‌‌تر و وجود خلل و فرج و معابر بزرگ‌تر، آب به‌راحتی در خاک نفوذ مییابد و تا اعماق خاک پیش‌‌روی میکند؛ در حالی که در خاک‌‌هایی با بافت ریز، کوچک‌بودن ذرات خاک یک نیروی مقاوم درمقابل نفوذ عمقی محسوب میشود. بنابراین در این مناطق، کاربرد آبیاری سطحی باعث میشود که مقدار زیادی از منابع آبی مصرف شود، ولی حجم زیادی از این آب از دسترس گیاه خارج شود. جبهة رطوبتی در خاک‌‌هایی با بافت سنگین بهصورت افقی و عمودی و تقریباً با یک سرعت حرکت میکند، اما در خاک‌‌هایی با بافت سبک، حرکت آب بیشتر در جهت عمودی است تا افقی. از این منظر، ایجاد محدودیت براثرِ بافت خاک شنی در این منطقه، برای آبیاری سطحی توجیه‌پذیر است. پژوهشگران مختلفی به تأثیر نوع بافت خاک بر میزان آب‌گذری و تشکیل جبهة رطوبتی اشاره کرده‌اند (Braester, 1983: 687‑694; Cindy and Hunt, 1996: 55‑64). از سوی دیگر، نتایج گویای آن است که در شهرستان هیرمند نیز، اگرچه بافت خاک عمدتاً رسی ـ سیلتی یا رسی است، همچنان بافت خاک مهمترین ویژگی فیزیکی است که برای آبیاری سطحی محدودیت ایجاد میکند، به گونهای که 2496 هکتار از اراضی زیرکلاس S2s و 321 هکتار کلاس S3s دارند. در خاک‌‌های سنگین‌بافت، سرعت نفوذ افقی بیشتر از نفوذ عمودی است و به‌دلیل نفوذ عمودی کم، آب در سطح پخش میشود و درنتیجه جبهة رطوبتی عمق کمتری دارد. بنابراین در این‌گونه خاک‌‌ها، آبیاری سطحی به تشکیل رواناب سطحی و هدررفت آب منجر میشود.
جدول 11- مساحت زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی برحسب هکتار در شهرستان‌‌های مطالعه‌شده
Table 11- Area of suitability subclasses (ha) for surface irrigation method in studied county
|
Studied county |
Subclass |
||||
|
Zabol |
Hamon |
Nimroz |
Hirmand |
Zahak |
|
|
584 |
226 |
309 |
916 |
611 |
S1 |
|
3635 |
4976 |
3328 |
9287 |
4387 |
S2ns |
|
- |
54 |
141 |
66 |
- |
S2n |
|
1148 |
2382 |
789 |
2496 |
2486 |
S2s |
|
454 |
2060 |
1660 |
751 |
1693 |
S3ns |
|
- |
- |
162 |
- |
- |
S3n |
|
266 |
186 |
126 |
321 |
839 |
S3s |
|
- |
215 |
386 |
115 |
88 |
N1ns |
|
- |
9 |
110 |
37 |
- |
N2ns |
|
- |
70 |
- |
- |
- |
N2s |
|
6087 |
10178 |
6885 |
13980 |
10104 |
Summation |
مساحت زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای آبیاری قطرهای به تفکیک شهرستان‌‌های مطالعه‌شده در جدول 12 آورده شده‌است. نتایج گویای آن است که در تمامی شهرستان‌‌های مطالعه‌شده، ویژگیهای فیزیکی خاک و شوری ـ قلیائیت بهطور همزمان برای کاربرد سامانة آبیاری قطرهای محدودیت ایجاد می‌کنند. وجود بافت شنی و لومی ـ شنی یا بافت رسی و رسی ـ سیلتی، مهمترین عامل محدودکننده برای کاربرد آبیاری قطرهای است. مناسب‌‌ترین بافت خاک برای آبیاری قطرهای، بافت لومی است. در بافتهای سنگین، بهعلت نفوذپذیری کم خاک و در بافتهای سبک بهعلت نفوذپذیری زیاد خاک، استفاده از این نوع سامانة آبیاری با مشکلاتی مواجه میشود. با توجه به شوربودن خاک‌‌های مناطق مطالعه‌شده، تأثیر بافت خاک در ایجاد محدودیت چشمگیرتر است. از سوی دیگر، در این شرایط، مشکل گرفتگی و انسداد قطره‌چکان‌‌ها می‌‌تواند بهطور جدی بر کارایی سیستم آبیاری قطرهای تأثیر بگذارد. عوامل شیمیایی ازجمله رسوبات کربنات کلسیم، کربنات منیزیم، گچ و سولفیدها می‌‌توانند موجب گرفتگی قطره‌چکان‌‌های سیستم آبیاری قطرهای شوند. با توجه به اینکه تغییر ویژگیهای فیزیکی به‌راحتی امکان‌‌پذیر نیست، عملیات اصلاح خاک‌‌ها ازنظر شوری ـ قلیائیت به رفع محدودیت‌‌ها یا کاهش آنها کمک زیادی میکند.
Table 12- Area of suitability subclasses (ha) for drip irrigation method in studied county
|
Studied county |
Subclass |
||||
|
Zabol |
Hamon |
Nimroz |
Hirmand |
Zahak |
|
|
321 |
214 |
215 |
460 |
929 |
S1 |
|
3655 |
6688 |
4059 |
8084 |
5692 |
S2ns |
|
2036 |
1666 |
999 |
4813 |
3087 |
S2s |
|
75 |
1456 |
1157 |
419 |
396 |
S3ns |
|
- |
22 |
- |
- |
- |
S3s |
|
- |
123 |
386 |
175 |
- |
N1ns |
|
- |
9 |
69 |
29 |
- |
N2ns |
|
6087 |
10178 |
6885 |
13980 |
10104 |
Summation |
شکل 2 نقشة زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای روشهای آبیاری سطحی و قطرهای در شهرستان زهک را نشان میدهد. براساس نقشه‌‌های به‌دست آمده، برای روش آبیاری سطحی در قسمتهای جنوب غربی این شهرستان، کلاس تناسب N1 وجود دارد که این کلاس متأثر از محدودیت‌‌های همزمان ویژگیهای فیزیکی و محدودیت‌‌های شوری ـ قلیائیت است. با مقایسة نقشه‌‌های 2- الف و ب می‌‌توان اظهار داشت که در این شهرستان، شرایط برای آبیاری قطرهای بهتر است، به گونهای که عمدة منطقه کلاس تناسب S2 دارد و فقط در بعضی از قسمتهای شمالی و جنوبی (جنوب شرقی و جنوب غربی)، بهصورت لکه‌‌ای کلاس تناسب S3 با محدودیت همزمان ویژگیهای فیزیکی و شوری ـ قلیائیت وجود دارد.
|
|
|
شکل 2- نقشة زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی (الف) و آبیاری قطرهای (ب) در شهرستان زهک
Figure 2- Map of suitability subclasses for surface (A) and drip (B) irrigation methodS in Zahak County
نقشه‌‌های زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای سامانة آبیاری سطحی و قطرهای شهرستان هیرمند در شکل 3 آورده شده‌‌اند. براساس نقشه‌‌های تهیه‌‌شده، در رابطه با آبیاری سطحی، فقط بهصورت لکه‌‌ای در قسمتهای شمال غربی شهرستان هیرمند کلاس تناسب N2 وجود دارد، در صورتی که قسمتهای شمال غربی و شمال شرقی این منطقه خطر زیادی برای استفاده از آبیاری قطرهای دارند و با توجه به محدودیت‌‌های شوری ـ قلیائیت و ویژگیهای فیزیکی خاک در این منطقه، استفاده از این روش آبیاری نیازمند رفع محدودیت‌‌هاست (شکل 3- ب).
|
|
|
شکل 3- نقشة زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی (الف) و آبیاری قطرهای (ب) در شهرستان هیرمند
Figure 3- Map of suitability subclasses for surface (A) and drip (B) irrigation methodS in Hirmand County
شکل 4 نقشه‌‌های زیرکلاس‌‌های تناسب برای سامانة آبیاری سطحی و قطرهای در شهرستان نیمروز را نشان میدهد. در قسمتهای شمالی و شمال غربی این شهرستان در رابطه با آبیاری سطحی و قطرهای، مناطقی کلاس تناسب N2ns دارند.
نقشه‌‌های پهنهبندی زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای آبیاری سطحی و قطرهای شهرستان هامون در شکل 5 آورده شده‌‌اند. براساس نقشه‌‌های به‌دست آمده برای آبیاری سطحی در قسمتهای شمال و جنوب غربی این شهرستان، کلاس تناسب نامناسب وجود دارد. مشابه با روند مشاهده‌شده در شهرستان زهک، برپایة نقشة به‌دست آمده و مقایسة آن با شکل 5- ب، می‌‌توان اظهار داشت که در این شهرستان، شرایط برای آبیاری قطرهای بهتر است، به گونهای که بیشتر منطقه کلاس تناسب S2 دارد و فقط در بعضی از قسمتهای شمال غربی و جنوب غربی، بهطور لکه‌‌ای کلاس تناسب نامناسب وجود دارد.
|
|
|
شکل 4- نقشة زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی (الف) و آبیاری قطرهای (ب) در شهرستان نیمروز
Figure 4- Map of suitability subclasses for surface (A) and drip (B) irrigation methods in Nimroz County
|
|
|
شکل 5- نقشة زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی (الف) و آبیاری قطرهای (ب) در شهرستان هامون
Figure 5- Map of suitability subclasses for surface (A) and drip (B) irrigation methods in Hamon County
شکل 6 نقشه‌‌های زیرکلاس‌‌های تناسب اراضی برای آبیاری سطحی و قطرهای در شهرستان زابل را نشان میدهد. با توجه به نقشه‌‌های به‌دست آمده، می‌‌توان بیان داشت که بیشتر قسمتهای این شهرستان برای کاربرد سامانههای آبیاری سطحی و قطرهای کلاس تناسب S2 دارند.
|
|
|
شکل 6- نقشۀ زیرکلاس‌‌های تناسب آبیاری سطحی (الف) و آبیاری قطرهای (ب) در شهرستان زابل
Figure 6- Map of suitability subclasses for surface (A) and drip (B) irrigation methods in Zabol County
جدول 13 نتایج اعتبارسنجی پیش‌‌بینی زیرکلاس‌‌های تناسب سرزمین برای آبیاری سطحی و قطرهای را نشان میدهد. براساس مقادیر شاخص‌‌های صحت عمومی و کاپا، می‌‌توان اظهار داشت که برای تمامی شهرستان‌‌های مطالعه‌شده و هر دو روش آبیاری، پیش‌‌بینی‌‌ها دقت زیادی دارند. در تمامی شهرستان‌‌ها و برای هر دو روش آبیاری، مقادیر شاخص صحت عمومی بیش از 80 درصد و مقادیر شاخص کاپا بیش از 7/0 است که دقت زیاد نقشه‌‌های پیش‌‌بینی‌شده را نشان میدهد.
Table 13- Validation results of predicting land suitability subclasses for surface and drip irrigation methods
|
Kappa index |
|
Overall accuracy (OA) |
Studied county |
||
|
Drip irrigation |
Surface irrigation |
Drip irrigation |
Surface irrigation |
||
|
0.75 |
0.93 |
84.7 |
95.1 |
Zahak |
|
|
0.8 |
0.87 |
|
85.1 |
90 |
Hirmand |
|
0.84 |
0.77 |
|
90.4 |
83.5 |
Nimroz |
|
0.81 |
0.8 |
|
85.8 |
84.3 |
Hamon |
|
0.89 |
0.88 |
|
92 |
90.7 |
Zabol |
نکتة بسیار مهم آن است که اگر روشهای آبیاری، اعم از سطحی یا قطرهای، بهصورت اصولی طراحی، اجرا و بهره‌‌برداری نشوند، مصرف آب افزایش و محصول کاهش خواهد یافت. ازاینرو به‌منظور بهبود مدیریت آب در مزرعه لازم است تا روشهای آبیاری پس از اجرا، ارزیابی شوند. به‌‌نظر می‌‌رسد دستورکار‌‌های ایجادشده بیشتر بر ارزیابی فنی روشهای آبیاری تأکید کرده‌اند و کمتر به تأثیر استفاده از این روش‌‌ها بر عملکرد محصولات مختلف توجه داشته‌‌اند. ازاینرو توصیه میشود که اعتبارسنجی این روش‌‌ها از طریق اندازه‌‌گیری عملکرد واقعی محصولات حتماً صورت پذیرد.
نتایج حاکی است که دشت سیستان برای آبیاری سطحی و قطرهای، تغییرات مکانی و شرایط غیریکنواخت دارد، اما براساس ویژگیهای خاک و توپوگرافی منطقه، اجرای سامانة آبیاری قطرهای در بیشتر نواحی نسبت‌به آبیاری سطحی از کلاس تناسب بیشتری برخوردار است. هرچند همان‌گونه که در نقشه‌‌های تغییرات مکانی کلاس‌‌های تناسب آبیاری نشان داده شده، در بسیاری از مناطق، برای آبیاری قطرهای نیز، محدودیت‌‌هایی وجود دارد که استفادة مناسب و کارآمد از این نوع سامانة آبیاری در منطقة مطالعه‌شده، ملزم به رفع محدودیت‌‌ها در این مناطق است.
نتایج گویای آن است که در تمامی شهرستان‌‌های مطالعه‌شده، بافتهای رسی ـ سیلتی و لومی ـ سیلتی مهمترین کلاس‌‌های بافتی محدودکننده‌اند. با توجه به اینکه تغییر ویژگیهای فیزیکی به‌راحتی امکان‌‌پذیر نیست، عملیات اصلاح خاک‌‌ها ازنظر مقادیر شوری ـ قلیائیت ارائهشده به رفع محدودیت‌‌ها یا کاهش آنها کمک زیادی میکند. با توجه به وضعیت شوری ـ قلیائیت خاک و زیاد بودن تبخیر در بازة زمانی اردیبهشت تا مهر که همراه با افزایش شدت تشعشع، افزایش ساعت آفتابی دما و کاهش رطوبت نسبی است، انجام عملیات آب‌شویی و اصلاح خاک ضروری است. میزان نیاز آب‌شویی بسته به وضعیت شوری خاک متفاوت است، اما لازم است در تمام دشت، به‌منظور جلوگیری از تجمع املاح و رسیدن به تولید پایدار اقتصادی، در ابتدای فصل کشت، آبیاری بهصورت سطحی نیز انجام شود.
[1]. http://www.amar.org.ir
[2]. Koppen climate classification
[3]. Dengiz
)
