ارزیابی کارآیی مدل‌های نفوذ آب به خاک تحت تاثیر روش های خاک‌ورزی و مدیریت بقایا در تناوب گندمذرت

فرآیند نفوذ آب به خاک در کارآمدی طراحی سامانه های آبیاری از اهمیت خاصی برخوردار است. از سوی دیگر، پدیده نفوذ آب به خاک و تغییرات آن به خصوص در مناطق خشک و نیمه خشک تحت تاثیر مدیریت بقایای گیاهی و روش های خاک ورزی قرار می گیرد. هدف اصلی این پژوهش برآورد ضرایب مدل های مختلف نفوذ آب به خاک (کوستیاکوف، کوستیاکوف لوئیز، فلیپ، هورتون و سازمان حفاظت خاک آمریکا) و کارآیی آن ها تحت تاثیر روش های مختلف خاک ورزی (خاک ورزی رایج، کم خاک ورزی و بی خاک ورزی) و مدیریت بقایا (حفظ بقایای به صورت ایستاده و حذف تمام بقایا از سطح خاک) بود.به این منظور، پژوهشی مزرعه ای در سال 1395 و 1396 در منطقه زرقان استان فارس (بافت خاک لوم رسی سیلتی) با طرح کرت های یک بار خُرد شده در قالب بلوک های کامل تصادفی در تناوب گندمذرت با سه تکرار اجرا شد. فرآیند نفوذ آب به خاک برای هر محصول زراعی با استفاده از روش استوانه های دوگانه با 3 تکرار مورد بررسی قرار گرفت. با استفاده از برازش هر مدل بر داده های نفوذ تجربی بر اساس بهینه سازی غیر خطی، آماره های ضریب تبیین (r2)، ریشه میانگین مربعات خطا (rmse) و درصد کارآیی (ef) تعیین و مدل ها، از نظر درستی برآورد نفوذ ارزیابی و رتبه بندی شدند. نتایج نشان داد که مدل کوستیاکوف لوئیز در کشت گندم و حذف بقایا در سامانه های خاک ورزی رایج (با r2، rmse و ef به ترتیب 0.99، 0.07 و 99.99) و کم خاک ورزی (با r2، rmse و ef به ترتیب 0.99، 0.13 و 99.99) و مدل هورتون در کشت ذرت و حفظ بقایا در سامانه بی خاک ورزی (با r2، rmse و ef به ترتیب 0.99، 0.14 و 99.70)، بهترین کارآیی را در برآورد نفوذ آب به خاک داشتند. در میان سامانه های خاکورزی، مدل های حفاظت خاک آمریکا، کوستیاکوف و فیلیپ در هر دو کشت از این نظر ناکارآمدترین بودند. بطورکلی، در مناطق خشک و نیمه خشک از جمله زرقان در استان فارس جهت کمی سازی فرآیند نفوذ آب به خاک مدل های کوستیاکوف لوئیز و هورتون به ترتیب در کشت گندم و ذرت می تواند قابل توصیه باشد.

Evaluation of Water Infiltration Models Efficiency Affected by Tillage Systems and Residue Management in WheatCorn Rotation

Water infiltration process into the soil is significantly affected by plant residue management and tillage systems, which are important factors for designing efficient irrigation systems, especially in arid and semiarid regions. We aimed to estimate the coefficients of infiltration process models (including KostiakovLewis, Kostiakov, Horton, SCS and Philip) and their performance under the effect of residue management (residue removal and retention) and different tillage systems (conventional tillage, reduced tillage, and notillage). The field experiment was conducted in wheat (Triticum aestivum L.)corn (Zea mays L.) rotation based on splitplot design with three replications, in Zarghan, Fars province, during 2016 and 2017. The water infiltration process was determined by double ring method in three replications for each crop. Then, the statistical criteria of determination coefficient (R2), root mean square error (RMSE), and efficiency model (EF) were defined by Solver tools and used to quantify and classify the infiltration process models. In wheat cultivation and residue removal, the highest performance for estimating of water infiltration was obtained by KostiakovLewis model under conventional tillage (R2, RMSE, EF were 0.99, 0.07 and 99.99%, respectively). In the case of reduced tillage, R2, RMSE, EF were 0.99, 0.13, and 99.99%, respectively), while Horton’s model in corn cultivation and residue retention was the best model under notillage system (R2, RMSE, EF were 0.99, 0.14 and 99.70%, respectively). Among tillage systems, the lowest performance of models was observed for SCS, Kostiakov, and Philip models in a wheatcornwheat rotation. Overall, to quantifying water infiltration process into the soil under arid and semiarid region such as Zarghan, it is recommendable to apply KostiakovLewis and Horton models in, respectively, wheat and corn fields.