ارزیابی توابع انتقالی نقطه‌ای در برآورد رطوبت ظرفیت مزرعه و نقطه پژمردگی دائم

نوع مقاله : پژوهشی

نویسنده

استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه زابل، زابل، ایران

چکیده

مدل‌های گیاهی و هیدرولوژیکی اغلب به مؤلفه‌های ورودی در مورد آب قابل‌دسترس برای گیاه (AW) نیاز دارند. با این وجود به‌دست آوردن چنین مؤلفه‌هایی پرزحمت و پرهزینه است. توابع انتقالی خاک (PTFs) یکی از روش‌های جایگزین برای تعیین خواص فیزیکی خاک مانند محتوای رطوبت خاک است. لذا هدف این پژوهش ارزیابی بیست و سه PTFs نقطه‌ای برای تخمین رطوبت خاک در پتانسیل‌های ماتریک ۳۳- (θ33) و ۱۵۰۰- (θ1500) کیلوپاسکال، برای صد نمونه از خاک‌های دشت سیستان است. در این پژوهش تلاش بر این بوده است که از جدیدترین توابعی که در این زمینه ارائه شده است نیز استفاده شود. نتایج حاکی از آن بود که تابع دوس‌ریس با مقادیر NRMSE، ME، r و RES به‌ترتیب برابر 10/0، 01/0، 04/1 و 012/0- و سپس تابع اولیویرا و همکاران با مقادیر NRMSE، ME، r و RES به‌ترتیب برابر 10/0، 02/0، 05/1 و 016/0-، بیش‌ترین انطباق را با مقادیر اندازه‌گیری شده θ33 داشته است. برای تخمین θ1500 نیز تابع دیجکرمن با مقادیر NRMSE، ME، r و RES به‌ترتیب برابر 15/0، 00/0، 02/1 و 003/0- و در رتبة دوم تابع آینا و پریاسوامی با مقادیر NRMSE، ME، r و RES به‌ترتیب برابر 16/0، 01/0-، 95/0 و 009/0- بهترین عملکرد را ارائه کردند. هم‌چنین نتایج این پژوهش نشان می‌دهد بهترین توابع در تخمین θ33 و θ1500 به‌ترتیب تنها به درصد شن و درصد رس بستگی دارند، لذا برای منطقة مورد مطالعه PTFs که به ورودی‌های کم‌تری نیاز دارند، لزوماً عملکرد پایین‌تری نخواهند داشت، بلکه عواملی مانند تعداد نمونه‌های خاک، ساختمان خاک و مکانی که توابع مورد بررسی توسط آن‌ها توسعه یافته‌اند نیز بر عملکرد آنها مؤثر است. در ادامه PTFs اقتصادی‌تر و با عملکرد بالاتر مورد واسنجی مجدد قرار گرفتند. در تخمین θ33 عملکرد هر دو تابع دوس‌ریس و اولیویرا و همکاران با کاهش NRMSE (08/0) بهبود یافته‌اند. توابع دیجکرمن و دوس‌ریس نیز با مقادیر NRMSE برابر 14/0، تخمین θ1500 را بهبود بخشیده‌اند. θ33، θ1500 و AW مؤلفه‌های کلیدی در طیف وسیعی از مطالعات مانند مدل‌سازی گیاهی، مدل‌سازی‌ هیدرولوژیکی، مدیریت منابع آب، مدل‌سازی چرخه مواد غذایی خاک و مدل‌سازی آلودگی خاک هستند؛ بنابراین، نتایج این پژوهش می‌تواند در مباحث مربوط به مدیریت آبیاری و حفاظت از خاک در منطقه مورد مطالعه به‌کار گرفته شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
چاری، محمدمهدی. (1399). پیش‌بینی چگالی ظاهری با استفاده از توابع انتقالی برای خاک‌های دشت سیستان. مدیریت خاک و تولید پایدار، 10(4)، 154- 137. doi: 10.22069/ejsms.2021.18180.1964
حسینی، سیده ویدا.، داوری، مسعود.، خالق‌پناه، ناصر. (1399). توسعه و مقایسه توابع انتقالی خاک و توابع انتقالی طیفی برای برآورد نگهداشت آب در برخی از خاک‌های استان کردستان. مدیریت خاک و تولید پایدار، 10(3)، 71- 51. doi: 10.22069/ejsms.2021.17865.1940
حق‌وردی، امیر.، قهرمان، بیژن.، خشنود‌یزدی، علی‌اصغر.، جلینی، محمد.، عربی، زهرا. (1391). اعتبارسنجی و مقایسه چند تابع انتقالی نقطه‌ای و پارامتریک برای پیش‌بینی میزان رطوبت خاک در پتانسیل‌های ماتریک مختلف. پژوهش‌های حفاظت آب و خاک، 19(2)، 22- 1. doi: 20.1001.1.23222069.1391.19.2.1.4
رضوی‌قلعه‌جوق، سکینه.، رسول‌زاده، علی.، نیشابوری، محمدرضا. (1393). ارزیابی تواﺑﻊ اﻧﺘﻘﺎلی ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮای ﺑﺮآورد ﻣﻨﺤنی رﻃﻮﺑتی ﺧﺎک در ﺷﻬﺮﺳﺘﺎن ﻧﻘﺪه. پژوهش آب در کشاورزی، 28(3)، 624- 613. doi: 10.22092/JWRA.2014.100011
غلامی‌شرفخانه، مهدی.، ضیائی، علی‌نقی.، ناقدی‌فر، سیدمحمدرضا.، اکبری، امیر. (1404) بررسی تأثیر شوری خاک و کیفیت آب بر عملکرد بنه‌های دختری زعفران با استفاده از مدل گیاهی و اندازه‌گیری میدانی. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 5(1)، 334- 317. doi: 10.22098/mmws.2023.14109.1390
کهخامقدم، پریسا.، ضیائی، علی‌نقی.، داوری، کامران.، کانونی، امین.، صادقی، صدیقه. (1403). برنامه‌ریزی و تحویل بهینة آب در شبکه‌های آبیاری با ترکیب مدل AquaCrop و الگوریتم ژنتیک. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 4(4)، 268- 255. doi: 10.22098/mmws.2023.14039.1382
کهخامقدم، پریسا.، دلبری، معصومه. (1404). امکان‌سنجی پتانسیل انرژی باد در زابل با استفاده از توزیع ویبول. آمایش جغرافیایی فضا، 15(1)، 178- 159. doi: 10.30488/gps.2025.478128.3779
نیسی، کریم.، اگدرنژاد، اصلان.، عباسی، فریبرز. (1402). ارزیابی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد ذرت و بهره‌‎وری آب تحت مدیریت مختلف کاربرد کود نیتروژن در کرج. مدل‌سازی و مدیریت آب و خاک، 3(1)، 41- 26. doi: 10.22098/mmws.2022.10969.1093
 
References
Abdelbaki, A. M., Youssef, M. A., Naguib, E. M., Kiwan, M. E., and El-giddawy, E. I. (2009). Evaluation of pedotransfer functions for predicting saturated hydraulic conductivity for US soils. In 2009 Reno, Nevada, June 21-June 24, 2009 (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers. doi: 10.13031/2013.27309
Abdelbaki, A. M. (2021). Assessing the best performing pedotransfer functions for predicting the soil‐water characteristic curve according to soil texture classes and matric potentials. European Journal of Soil Science, 72(1), 154-173. doi: 10.1111/ejss.12959
Adhikary, P. P., Chakraborty, D., Kalra, N., Sachdev, C. B., Patra, A. K., Kumar, S., omar, R.K., Chandna, P., Raghav, D., Agrawal, K.and Sehgal, M. (2008). Pedotransfer functions for predicting the hydraulic properties of Indian soils. Soil Research, 46(5), 476-484. doi: 10.1071/SR07042
Aina, P. O., and Periaswamy, S. P. (1985). Estimating available water-holding capacity of western Nigerian soils from soil texture and bulk density, using core and sieved samples. Soil Science, 140(1), 55-58.
Arruda, F. B., Zullo Jr, J., and De Oliveira, J. B. (1987). Parãmetros de solo para o cáculo da água disponível com base na textura do solo. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 11(1), 11-15.
Bellocchi, G., Rivington, M., Donatelli, M., and Matthews, K. (2010). Validation of biophysical models: issues and methodologies. A review. Agronomy for Sustainable Development, 30(1), 109-130. doi: 10.1051/agro/2009001
Botula, Y. D. (2013). Indirect methods to predict hydrophysical properties of soils of Lower Congo (Doctoral dissertation, Ghent University).
Botula, Y. D., Cornelis, W. M., Baert, G., and Van Ranst, E. (2012). Evaluation of pedotransfer functions for predicting water retention of soils in Lower Congo (DR Congo). Agricultural Water Management, 111, 1-10. doi: 10.1016/j.agwat.2012.04.006
Botula, Y. D., Van Ranst, E., and Cornelis, W. M. (2014). Pedotransfer functions to predict water retention for soils of the humid tropics: a review. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 679-698. doi: 10.1590/S0100-06832014000300001
Blake, G. R., and Hartge, K. H. (1986). Bulk density. Methods of Soil Analysis: Part 1 Physical and Mineralogical Methods, 5, 363-375. doi: 10.2136/sssabookser5.1.2ed.c13
Chari, M. M. (2021). Predicting bulk density using pedotransfer functions for soils in Sistan plain. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 10(4), 137-154. doi: 10.22069/ejsms.2021.18180.1964. [In Persian]
Cornelis, W. M., Khlosi, M., Hartmann, R., Van Meirvenne, M., and De Vos, B. (2005). Comparison of unimodal analytical expressions for the soil‐water retention curve. Soil Science Society of America Journal, 69(6), 1902-1911. doi:10.2136/sssaj2004.0238
Cornelis, W. M., Ronsyn, J., Van Meirvenne, M., and Hartmann, R. (2001). Evaluation of pedotransfer functions for predicting the soil moisture retention curve. Soil Science Society of America Journal, 65(3), 638-648. doi: 10.2136/SSSAJ2001.653638X
Dijkerman, J. C. (1988). An ustult-aquult-tropept catena in Sierra Leone, West Africa, II. Land qualities and land evaluation. Geoderma, 42(1), 29-49. doi: 10.1016/0016-7061(88)90021-3
dos Reis, A. M. H., Pires, L. F., and Armindo, R. A. (2024). New empirical-point pedotransfer functions for water retention data for a wide range of soil texture and climates. International Soil and Water Conservation Research, 12(4), 855-867. doi: 10.1016/j.iswcr.2024.01.001
Feddes, R. A., de Rooij, G. H., and van Dam J. C. (2004). Unsaturated-Zone Modeling: Progress, Challenges and Applications. Kluwer Academic, 364 p. doi: 10.2136/vzj2006.0162br
Gee, G. W., and Or, D. (2002). Particle‐size analysis. Methods of Soil Analysis: Part 4 Physical Methods, 5, 255-293. doi: 10.2136/sssabookser5.4.c12
Gijsman, A. J., Jagtap, S. S., and Jones, J. W. (2002). Wading through a swamp of complete confusion: how to choose a method for estimating soil water retention parameters for crop models. European Journal of Agronomy, 18(1-2), 77-106. doi: 10.1016/S1161-0301(02)00098-9
Gholami Sharafkhane, M., Ziaei, A. N., Naghedifar, S. M., and Akbari, A. (2025). Investigation of the effect of soil salinity and water quality on saffron daughter corms using crop modeling and measured data. Water and Soil Management and Modeling, 5(1), 317- 334. doi: 10.22098/mmws.2023.14109.1390. [In Persian]
Haghverdi, A., Ghahreman, B., Khoshnood Yazdi, A. A., Joleini, M., and Arabi, Z. (2012). Evaluation and comparison between some point and parametric pedotransfer functions in predicting soil water contents in different matric potentials. Journal of Water and Soil Conservation, 19(2), 1-22. doi: 20.1001.1.23222069.1391.19.2.1.4. [In Persian]
Hosseini, S. V., Davari, M., and Khaleghpanah, N. (2021). Developing and comparing pedotransfer functions and spectral transfer functions for predicting water retention in some soils of Kurdistan province. Journal of Soil Management and Sustainable Production, 10(3), 51-71. doi:10.22069/ejsms.2021.17865.1940. [In Persian]
Jaefarzade Andabili, S., Rasoulzadeh, A., Moghadam, J. R., Pollacco, J. A. P., and Fernández‐Gálvez, J. (2025). Improved understanding of soil water content at field capacity and estimates from pedotransfer functions. Irrigation and Drainage, 74(2), 516-528. doi: 10.1002/ird.3032
Jury, W. A., and Horton, R. (2004). Soil Physics. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ.
Kahkhamoghaddam, P., and Delbari, M. (2025). Feasibility of wind energy potential in Zabol using Weibull distribution. 15(1), 159-178. doi: 10.30488/gps.2025.478128.3779. [In Persian]
Kahkhamoghadam, P., Ziaei, A. N., Davari, K., Kanooni, A., and Sadeghi, S. (2024). Scheduling and optimal delivery of water in irrigation networks by combining the AquaCrop model and genetic algorithm. Water and Soil Management and Modeling, 4(4), 255- 268. doi: 10.22098/mmws.2023.14039.1382. [In Persian]
Lal, R. (1978). Physical properties and moisture retention characteristics of some Nigerian soils. Geoderma, 21(3), 209-223. doi: 10.1016/0016-7061(78)90028-9
Martinez, P., and Souza, I. F. (2020). Genesis of pseudo-sand structure in Oxisols from Brazil–A review. Geoderma Regional, 22, e00292. doi: 10.1016/j.geodrs.2020.e00292
McBratney, A. B., Minasny, B., Cattle, S. R., and Vervoort, R. W. (2002). From pedotransfer functions to soil inference systems. Geoderma, 109(1-2), 41-73. doi: 10.1016/S0016-7061(02)00139-8
Minasny, B., and Hartemink, A. E. (2011). Predicting soil properties in the tropics. Earth-Science Reviews, 106(1-2), 52-62. doi: 10.1016/j.earscirev.2011.01.005
Neysi, K., Egdernezhad, A., and Abbasi, F. (2023). Evaluation of AquaCrop model for corn simulation under different management of nitrogen fertilizer in Karaj. Water and Soil Management and Modeling, 3(1), 26- 41. doi: 10.22098/mmws.2022.10969.1093. [In Persian]
Oliveira, L. B., Ribeiro, M. R., Jacomine, P. K. T., Rodrigues, J. J. V., and Marques, F. A. (2002). Funções de pedotransferência para predição da umidade retida a potenciais específicos em solos do estado de Pernambuco. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 26, 315-323. doi: 10.1590/S0100-06832002000200004
Pidgeon, J. D. (1972). The measurement and prediction of available water capacity of ferralitic soils in Uganda. Journal of Soil Science, 23(4), 431-441. doi: 10.1111/j.1365-2389.1972.tb01674.x
Qiao, J., Zhu, Y., Jia, X., Huang, L., and Shao, M. A. (2019). Pedotransfer functions for estimating the field capacity and permanent wilting point in the critical zone of the Loess Plateau, China. Journal of Soils and Sediments, 19(1), 140-147. doi: 10.1007/s11368-018-2036-x
Rab, M. A., Chandra, S., Fisher, P. D., Robinson, N. J., Kitching, M., Aumann, C. D., and Imhof, M. (2011). Modelling and prediction of soil water contents at field capacity and permanent wilting point of dryland cropping soils. Soil Research, 49(5), 389-407. doi: 10.1071/SR10160
Razavi, S., Rasoulzadeh, A., and Neyshabouri, M. R. (2014). Evaluation of Pedotransfer Functions for Estimating Soil Water Characteristic Curve in Naqadeh County. Journal of Water Research in Agriculture, 28(3), 613-624. doi: 10.22092/JWRA.2014.100011. [In Persian]
Rosseti, R. D. A. C., Amorim, R. S. S., Raimo, L. A. D. L. D., Torres, G. N., Silva, L. D. C. M. D., and Alves, I. M. (2022). Pedotransfer functions for predicting soil-water retention under Brazilian Cerrado. Pesquisa Agropecuária Brasileira, 57, e02474. doi: 10.1590/S1678-3921.pab2022.v57.02474
Rustanto, A., Booij, M. J., Wösten, H., and Hoekstra, A. Y. (2017). Application and recalibration of soil water retention pedotransfer functions in a tropical upstream catchment: case study in Bengawan Solo, Indonesia. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 65(3), 307-320. doi: 10.1515/johh-2017-0020
‏Samaras, D. A., Reif, A., and Theodoropoulos, K. (2014). Evaluation of radiation-based reference evapotranspiration models under different Mediterranean climates in central Greece. Water Resources Management, 28, 207-225. doi: 10.1007/s11269-013-0480-3
Santra, P., Kumar, M., Kumawat, R. N., Painuli, D. K., Hati, K. M., Heuvelink, G. B. M., and Batjes, N. H. (2018). Pedotransfer functions to estimate soil water content at field capacity and permanent wilting point in hot Arid Western India. Journal of Earth System Science, 127(3), 35. doi: 10.1007/s12040-018-0937-0
Saxton, K. E., and Willey, P. H. (2006). The SPAW model for agricultural field and pond hydrologic simulation. Watershed Models, 28(Sep), 400-435. doi: 10.1201/9781420037432.ch17
Silva, B. M., Silva, É. A. D., Oliveira, G. C. D., Ferreira, M. M., and Serafim, M. E. (2014). Plant-available soil water capacity: estimation methods and implications. Revista Brasileira de Ciência do Solo, 38, 464-475. doi: 10.1590/S0100-06832014000200011
Souza, J. M., Bonomo, R., Pires, F. R., and Bonomo, D. Z. (2014). Funções de pedotransferência para retenção de água e condutividade hidráulica em solo submetido a subsolagem. Revista Brasileira de Ciências Agrárias, 9(4), 606-613. doi: 10.5039/agraria.v9i4a3732
Steduto, P., Hsiao, T. C., Raes, D., and Fereres, E. (2009). AquaCrop—The FAO crop model to simulate yield response to water: I. Concepts and underlying principles. Agronomy Journal, 101(3), 426-437. doi: 10.2134/agronj2008.0139s
Tian, Z., Chen, J., Cai, C., Gao, W., Ren, T., Heitman, J. L., and Horton, R. (2021). New pedotransfer functions for soil water retention curves that better account for bulk density effects. Soil and Tillage Research, 205, 104812. doi: 10.1016/j.still.2020.104812
Tomasella, J., and Hodnett, M. (2004). Pedotransfer functions for tropical soils. Developments in Soil Science, 30, 415-429. doi: 10.1016/S0166-2481(04)30021-8
Ungaro, F., Calzolari, C., and Busoni, E. (2005). Development of pedotransfer functions using a group method of data handling for the soil of the Pianura Padano–Veneta region of North Italy: water retention properties. Geoderma, 124(3-4), 293-317. doi: 10.1016/j.geoderma.2004.05.007
van den Berg, M., Klamt, E., Van Reeuwijk, L. P., and Sombroek, W. G. (1997). Pedotransfer functions for the estimation of moisture retention characteristics of Ferralsols and related soils. Geoderma, 78(3-4), 161-180. doi: 10.1016/S0016-7061(97)00045-1
Vinhal-Freitas, I. C., Corrêa, G. F., Wendling, B., Bobulska, L., and Ferreira, A. S. (2017). Soil textural class plays a major role in evaluating the effects of land use on soil quality indicators. Ecological Iindicators, 74, 182-190. doi: 10.1016/j.ecolind.2016.11.020
Walkley, A., and Black, I. A. (1934). An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter, and a proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Science, 37(1), 29-38. doi: 10.1097/00010694-193401000-00003
Willmott, C. J. (1984). On the evaluation of model performance in physical geography. Spatial Statistics and Models, 443-460. doi: 10.1007/978-94-017-3048-8_23
Wösten, J. H. M., Pachepsky, Y. A., and Rawls, W. J. (2001). Pedotransfer functions: bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics. Journal of Hydrology, 251(3-4), 123-150. doi: 10.1016/S0022-1694(01)00464-4