مهندسی زراعی

چکیده با توجه به چالش‌های جدی مرتبط با ضایعات محصولات کشاورزی و محدودیت‌های موجود در روش‌های سنتی نگهداری و فرآوری، این تحقیق، با هدف بهینه‌سازی فرآیندهای خشک-کردن و قرص‌سازی برای قارچ دکمه‌ای به کمک نرم افزار دیزاین اکسپرت انجام شد. متغیرهای مستقل در خشک‌کن پیوسته شامل دما (50، 60 و 70 درجه سانتی‌گراد) و سرعت هوا (5/1، 5/2 و 5/3 متر بر ثانیه) و متغیرهای وابسته برای خشک‌کردن نیز شامل فنل‌کل، خاصیت آنتی‌اکسیدانی و پارامترهای رنگی بود. در مورد بهینه‌سازی فرایند قرص‌سازی نیز متغیر‌های مستقل شامل: فشار (105×50، 105×60، 105×70، 105×80 و105×90 پاسکال)، زمان آسایش تنش( 3، 8، 13، 18 و 22 ثانیه) و قطر قالب (10، 14، 18، 22 و 26 میلی‌متر) و متغیرهای وابسته نیز شامل مقاومت به نفوذ، تنش در راستای قطر و چگالی بودند. طبق نتایج بهینه‌یابی، شرایطی که در آن دمای هوا 10/64 درجه سانتی‌گراد و سرعت هوا 49/2 متر برثانیه بود با مطلوبیت 3/76 درصد به عنوان شرایط بهینه خشک‌کردن انتخاب شد. قارچ خشک‌ شده در شرایط بهینه دارای محتوای فنل‌کل 10/7 میلی‌گرم اسید گالیک در وزن نمونه خشک، خاصیت آنتی‌اکسیدانی 72/91 درصد، شاخص روشنایی(L*) 73/69، شاخص قرمزی (a*) 44/23- و شاخص زردی (b*) 80/1 بود. نمونه خشک‌شده در سایه نیز دارای محتوای فنل‌کل 87/2 میلی‌گرم اسید گالیک در وزن نمونه خشک، خاصیت آنتی-اکسیدانی 27/91درصد، شاخص روشنایی(L*) 54/72، شاخص قرمزی (a*) 09/9- و شاخص زردی (b*) 74/6 بود. برای بهینه-یابی قرص حاصل از پودر قارچ خشک‌شده به روش پیوسته، شرایطی که در آن فشار برابر 105×72/74 پاسکال، قطر قالب 14 میلی‌متر و زمان آسایش تنش 8 ثانیه بود، با مطلوبیت 8/71 درصد به عنوان نقطه بهینه انتخاب شد. برای قرص پودر قارچ خشک‌شده در سایه نیز شرایطی که در آن فشار برابر 105×80 پاسکال، قطر قالب 70/18 میلی‌متر و زمان آسایش تنش 18 ثانیه بود با مطلوبیت 1/60 درصد به عنوان نقطه بهینه انتخاب شد.

چکیده تولید بیودیزل با استفاده از روش ترانس استریفیکاسیون با کاتالیزور لیپاز، در مقایسه با روش‎های متداول شیمیایی و فیزیکی تولید بیودیزل روشی پاک و کارآمد است. در این پژوهش، برای تبدیل روغن پسماند کلزا (روغن پسماند کلزا) به بیودیزل، از آنزیم لیپاز Burkholderia cepacian که بر روی نانوذرات مغناطیسی هسته-پوسته سیلیکای متخلخل/اکسید آهن تثبیت شد، استفاده شده است. برای بهینه‌سازی پارامترهای واکنش ترانس استریفیکاسیون، از روش سطح پاسخ (RSM) با طراحی مرکزی مرکب (CCD) استفاده شد. از طریق تحلیل رگرسیون چندگانه، معادله‌ای چندجمله‌ای درجه دوم برای بازده تولید بیودیزل به‌دست آمد. بر مبنای نتایج تابع مطلوبیت، شرایط بهینه واکنش شامل غلظت لیپاز تثبیت‌شده ۳۶٪، زمان واکنش ۲۵ ساعت، نسبت مولی متانول به روغن پسماند کلزا برابر با 2/6 و دمای واکنش ۳۴ درجه سانتی‌گراد حاصل شد. بازده پیش‌بینی‌شده برای تولید بیودیزل در شرایط بهینه، ۹۲٪ بود. واکنش ترانس استریفیکاسیون با استفاده از لیپاز تثبیت‌شده در سه چرخه متوالی انجام شد و تنها %11 از فعالیت آنزیم در چرخه سوم کاهش یافت. این روش با حذف مراحل خنثی‌سازی شیمیایی و کاهش مصرف انرژی، هزینه‌های تولید را به طور قابل‌توجهی کاهش می‌دهد و به‌دلیل پایداری و کارایی بالای لیپاز تثبیت‌شده، قابلیت بومی‌سازی و توسعه صنعتی دارد. بازیابی مغناطیسی آنزیم پس از هر چرخه واکنش نیز امکان استفاده مجدد آسان را فراهم می‌کند و بدین ترتیب فرآیندی کاملاً سازگار با محیط زیست و اقتصادی را برای تولید بیودیزل ارائه می‌دهد.

چکیده به‌منظور بررسی واکنش ارقام مختلف گلرنگ به‌میزان فسفر، آزمایشی به‌صورت فاکتوریل در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار در مناطق داراب، اصفهان، دزفول و کرمان (سال‌های 1397 و 1398) اجرا شد. فاکتور اول عبارت بود از: 0، 10، 20، 30 و 40 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار از منبع سوپر فسفات تریپل و فاکتور دوم ارقام گلرنگ گلدشت و پدیده برای مناطق اصفهان و داراب و ارقام گلدشت و صفه برای مناطق کرمان و دزفول. فسفر قابل‌دسترس در خاک اصفهان، داراب، کرمان و دزفول به ترتیب 2/10، 11، 7 و 18/7 میلی‌گرم در کیلوگرم بود. صفات وزن خشک اندام هوایی، غلظت فسفر، عملکرد دانه، فسفر کارایی، کارایی جذب و مصرف فسفر در این آزمایش اندازه‌گیری شد. نتایج تجزیه مرکب دوساله نشان داد که کاربرد 10 کیلوگرم فسفر در هکتار در داراب، 20 کیلوگرم در دزفول، 10 کیلوگرم در اصفهان و 30 کیلوگرم در کرمان به ترتیب 20، 78، 28 و 237 درصد عملکرد دانه را نسبت به تیمار شاهد افزایش داد. فسفر کارایی با کارایی جذب فسفر دارای همبستگی مثبت و معنی‌داری بود (اصفهان **45/0، داراب *19/0، کرمان**43/0 و دزفول **57/0). با توجه به نتایج به دست آمده در مناطق گرم با 10 میلی‌گرم فسفر در کیلوگرم خاک، کاربرد 10 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار و در مناطق با 7 میلی‌گرم فسفر در کیلوگرم خاک، کاربرد 30 کیلوگرم فسفر خالص در هکتار توصیه می‌گردد. همچنین می‌توان غلظت 18/0‌ درصد فسفر در اندام هوایی گلرنگ در مرحله رشد ساقه‌دهی را به‌صورت کمبود و 23/0‌ درصد را به‌صورت کفایت در نظر گرفت.

چکیده آگاهی از شکل‌های فسفر به ویژه فسفر غیرقابل دسترس در خاک‌های آهکی مناطق خشک و نیمه خشک می‌تواند در بهینه سازی مصرف کودهای شیمیایی و کاهش اثرات مخرب آن‌ها بر محیط زیست راهگشا باشد. این مطالعه با هدف درک تغییرات عمقی شکل‌های فسفر به ویژه فسفر غیرقابل دسترس خاک در پاسخ به سطوح مختلف کود فسفری در یک باغ تحت کشت پسته انجام شد. بدین منظور آزمایشی در قالب طرح پایه کاملا تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمارهای کودی اعمال شده شامل سه سطح کودی (200، 400 و 600 کیلوگرم در هکتار) از منبع کود فسفره سوپر فسفات تریپل همراه با تیمار شاهد بود. نمونه‌ها از 4 عمق خاک برداشت و از روش عصاره‌گیری متوالی برای تعیین اجزای فسفر معدنی استفاده شد. همچنین مقادیر فسفر قابل جذب، فسفر کل (TP)، کل فسفر آلی (TPo) و کل فسفر معدنی (TPi) در نمونه‌های خاک اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که در تمامی لایه‌های نمونه‌برداری، اثر سطوح کودی بر فسفر قابل جذب معنی‌دار بود (p<0.05) و با افزایش سطح کودی به 600 کیلوگرم در هکتار مقدار آن افزایش یافت. با کاربرد 600 کیلوگرم در هکتار کود سوپر فسفات تریپل کل فسفر آلی، کل فسفر معدنی و فسفر کل به ترتیب 50، 40 و 43 درصد به طور متوسط نسبت به تیمار شاهد در لایه‌های مختلف افزایش نشان داد. افزایش سطوح کودی سبب افزایش شکل‌های فسفر معدنی در تمامی لایه‌ها شد. در تمامی تیمارها و عمق‌های نمونه‌برداری شده، فسفر غیر قابل دسترس، بخش عمده فسفر معدنی را تشکیل داد و با افزایش سطح کودی به 600 کیلوگرم در هکتار مقدار آن در تمامی لایه‌ها نسبت به شاهد افزایش یافت. طبق داده‌های به دست آمده، همبستگی معنی‌داری بین فسفر قابل جذب با تمامی اجزای فسفر معدنی و فسفر کل مشاهده شد. فسفر غیر قابل دسترس بالاترین میزان همبستگی با فسفر قابل جذب خاک نشان داد (59/0= r) که نشان می‌دهد فسفر غیر قابل دسترس قادر است با تبدیل تدریجی به شکل قابل جذب، نقش یک منبع ذخیره بلند مدت را در تامین فسفر مورد نیاز گیاهان ایفا کند.

چکیده امروزه استفاده از مدل‌های شبیه‌ساز در مدیریت بهینه فرآیند تولید و دستیابی به عملکرد مطلوب در مقیاس مزرعه‌ای از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. مدل آکواکراپ یکی از مدل‌های کاربردوست برای شبیه‌سازی رشد گیاهان است که توسط فائو معرفی شده است و به‌ویژه در تحلیل اثرات مختلف خاک، گیاه و عوامل اقلیمی بر عملکرد محصولات کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مدل به‌ویژه برای ارزیابی عملکرد سیستم‌های کشاورزی دیم و آبی مناسب است. آکواکراپ به‌طور مؤثر برای شبیه‌سازی رشد و تولید محصولات مختلف از جمله برنج در شرایط مدیریتی مختلف و در مکان‌های مختلف کاربرد دارد. پژوهش حاضر با هدف ارزیابی دقت مدل‌ آکواکراپ در شبیه‌سازی عملکرد زیست توده و دانه برنج رقم هاشمی در مقیاس منطقه‌ای (92 شالیزار در شهرستان صومعه‌سرا) پس از واسنجی و صحت‌سنجی نقطه‌ای انجام شد. نتایج نشان داد که مدل آکواکراپ از دقت بسیار خوبی در برآورد عملکرد دانه شلتوک (70/0R2= و%10nRMSE=) و میزان عملکرد زیست‌توده (66/0R2= و %20nRMSE= ) برخوردار می‌باشد. همچنین با توجه به مقادیر کارایی مدل در شبیه‌سازی عملکرد دانه شلتوک (70/0 = EF) و زیست توده ( 97/0 = EF)، می‌توان نتیجه گرفت که مدل قادر به شبیه‌سازی دقیق رشد و عملکرد گیاه برنج در شرایط واقعی مزرعه است. نتایج این پژوهش حاکی از آن است که مدل آکواکراپ، با ساده‌سازی فرآیندهای پیچیده زیستی و استفاده از ورودی‌های محدود، نه تنها ابزار مفیدی برای شبیه‌سازی عملکرد در شرایط مدیریتی مختلف است (92 مدیریت مختلف)، بلکه می‌تواند نقش مؤثری در بهبود تصمیم‌گیری‌های راهبردی به‌منظور مدیریت منابع آب و بهینه‌سازی سایر نهاده‌های تولید در شرایط محدودیت منابع ایفا کند. به‌کارگیری این مدل در مناطق مختلف جغرافیایی و شرایط مدیریتی گوناگون، امکان ارائه راهکارهایی برای افزایش تولید و بهره‌وری نهاده‌های تولید و کاهش اثرات منفی زیست‌محیطی حاصل از مدیریت نادرست منابع تولید را فراهم خواهد کرد.

چکیده به منظور بررسی و مقایسه پارامترهای فنی و اقتصادی ماشین‌های مورد استفاده در مراحل خاک‌ورزی، کاشت و برداشت در دو روش برداشت تریتیکاله (خشک و تر) به عنوان کشت دوم در اراضی شالیزاری استان گیلان، آزمایشی به مدت دو سال (99-98) در پایگاه تحقیقات الیزاری خاک و آب موسسه تحقیقات برنج کشور در رشت اجرا شد. پارامترهای فنی شامل مصرف سوخت، ظرفیت مزرعه‌ای مؤثر و مدت زمان عملیات هر مرحله بود. همچنین تحلیل اقتصادی بر اساس مجموع هزینه‌ها و درآمدهای حاصل از کل فرایند تولید انجام شد و شاخص‌هایی مانند هزینه تمام شده هر کیلوگرم محصول، سود خالص، نسبت فایده به هزینه، درصد بازده فروش و درصد بازگشت سرمایه محاسبه شد. نتایج نشان داد که از نظر فنی، روش برداشت تر با چاپر، نسبت به برداشت خشک دارای مزایای قابل توجهی است. مصرف سوخت در برداشت تر نسبت به برداشت خشک با دروگر استوانه‌ای و خودگردان به ترتیب حدود 4/63 و 7/48 درصد کاهش یافته است. همچنین زمان لازم برای عملیات برداشت تر به طور قابل توجهی کمتر است و نسبت به برداشت خشک با دروگر استوانه‌ای و خودگردان به ترتیب حدود 4/63 و 5/75 درصد کاهش داشته است. این بهبودهای فنی باعث افزایش ظرفیت مزرعه‌ای مؤثر و انعطاف‌پذیری بیشتر در شرایط آب و هوایی نامناسب می‌شود. با این حال، تحلیل اقتصادی نشان داد که هزینه‌های بالای حمل و نقل محصول تر به دلیل حجم و رطوبت بالای آن، باعث زیان‌ده شدن این روش شده است. از سوی دیگر، برداشت خشک با سودآوری مثبت 8430100 ریال در هکتار و بازگشت سرمایه 79/5 درصد، برتری محسوسی بر روش تر دارد. برداشت خشک، علی‌رغم پتانسیل سودآوری، با موانع جدی ناشی از بارندگی‌های فصلی در زمان برداشت روبرو است که خشک شدن طبیعی محصول در مزرعه را غیرممکن می‌سازد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که هر دو روش برداشت با چالش‌های قابل‌توجهی همراه هستند و برای اقتصادی کردن کشت تریتیکاله در این منطقه، پیشنهاد می‌شود با بهینه‌سازی حمل و نقل محصول تر و توسعه فناوری‌های خشک‌کن کم‌هزینه در مزرعه، امکان بهبود شرایط اقتصادی فراهم شود.

چکیده توزیع یکنواخت بذر برنج در سینی نشا برای عملکرد بهتر رشد آن بسیار حائز اهمیت است. به‌دلیل گران‌بودن و در دسترس نبودن دستگاه‌های خودکار کاشت بذر در سینی نشا، بسیاری از کشاورزان به‌صورت دستی یا سنتی این کار را انجام می‌دهند. هدف از انجام این پژوهش طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاهی ارزان‌قیمت، ساده و مکانیکی برای کاشت سریع و دقیق بذر برنج در سینی نشا است. مدلسازی و طراحی سه بعدی دستگاه در نرم‌افزار سالیدورکس انجام شد. دستگاه شامل دو مخزن حامل بذر و خاک، موزع‌های خاک و بذر، دستگیره‌های حمل کننده، چرخدنده‌ها، زنجیر و چرخ زنجیر سیستم انتقال دوران است. بدنه دستگاه از آلیاژهای فولاد ضدزنگ 304 و فولاد ST37 و چرخ‌دنده‌های انتقال دوران از جنس تفلون PTFE ساخته شدند. موزع بذر از نوع غلتکی شیاردار با آلیاژ آلومینیوم و موزع خاک از نوع حمل کننده پلاستیکی آجدار ساخته شد. ارزیابی دستگاه در ریزش‌های بذر شلتوک برنج از 70 تا 180 گرم به ازاء هر سینی نشا انجام شد. ضخامت خاک زیر و روی لایه بذر با به‌کارگیری دریچه کنترل‌شونده قابل تنظیم است. نتایج ارزیابی دستگاه نشان داد که بذر ریزی داخل سینی نشا با دستگاه طراحی و تولید شده به صورت یکنواخت و با هر مقدار توصیه شده توسط کارشناسان زراعت با ضریب 99/0R2= قابل انجام است. همچنین ضخامت خاک زیر و روی بذر قابل تنظیم و با حداکثر خطای 12 درصد بیش ریزش و 15 درصد کم ریزش پوشش‌دهی انجام شد.

چکیده شناخت اثر عوامل موثر بر فرسایش‌شیاری جهت توسعه مدل‌های کارآمد پیش‌بینی فرسایش و روش‌های حفاظت خاک از اهمیت بسزایی برخوردار است. بنا‌بر‌این، پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر مقدار رطوبت اولیه بر فرسایش شیاری در دو خاک با بافت لوم‌سیلتی و رس‌سیلتی انجام شد. علاوه-بر‌این، ارتباط بین ظرفیت جدا‌شدگی شیاری (Dc) و خصوصیات جریان رواناب نیز مورد‌بررسی قرار گرفت. نمونه‌های خاک از دو دیم‌زار با علائم وقوع فرسایش شیاری واقع در روستای شیر‌کوه رودبار استان گیلان برداشت شدند. آزمایش در پنج سطح رطوبت اولیه خاک (5، 10، 15، 20 و 30% جرمی) و چهار نوع جریان شبیه سازی شده با دبی‌های جریان 546/0، 986/0، 125/1 و 895/1 متر مکعب بر ساعت و دو سطح شیب 061/0 و 121/0 متر بر متر انجام شد. نتایج نشان داد که در هر دو خاک، Dc با افزایش مقدار رطوبت اولیه، کاهش یافت. به عنوان‌مثال در رطوبت اولیه 30 درصد، مقدار Dc خاک رس‌سیلتی و لوم‌سیلتی در‌مقایسه با رطوبت اولیه 5% به‌‌ترتیب 9/89 و 2/93 درصد کمتر بود. مقدارDc درخاک لوم‌سیلتی پس از یک روند کاهشی، از مقدار 015/0 در رطوبت 20 درصد به 086/0 کیلو‌گرم بر متر‌مربع ثانیه در رطوبت 30 درصد افزایش یافت، که بیان‌گر وجود یک حد آستانه رطوبتی برای تغییرات حساسیت در برابر فرسایش شیاری بود. اما در خاک رس‌سیلتی، روند تغییر Dcبا افزایش میزان رطوبت اولیه، همچنان کاهشی بود. واپاشی کمتر خاکدانه‌ها و پیوستگی بیشتر ناشی از حضور غشاهای آبی می‌توانند علت مقاومت بیشتر خاک با افزایش رطوبت اولیه باشد. همچنین، اختلاف میزان رس دو خاک احتمالا باعث تفاوت رفتار آنها در رطوبت‌های مختلف شد. در هر دو خاک، Dc بیشترین ضریب همبستگی را پارامتر قدرت جریان نشان داد (76/0 تا 83/0r= درخاک رس-سیلتی و 76/0 تا 94/0r= در خاک لوم‌سیلتی). رطوبت اولیه تأثیر قابل-توجهی بر قدرت ارتباط بین Dcو خصوصیات جریان داشت، اما این تأثیر در دو نوع خاک متفاوت بود. در مجموع این یافته‌ها نشان می‌دهد که اثر عوامل محیطی مانند سطح رطوبت اولیه جهت مدل‌سازی دقیق‌تر فرسایش خاک می‌بایست مورد‌توجه ‌قرار گیرد.