تعیین عملکرد، کارایی مصرف آب و شبیه‌سازی تاج‌پوشش گیاه کاهو در دو کشت هیدروپونیک و کشت خاکی با مدل AquaCrop

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی ارشد گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

2 استاد گروه مهندسی آبیاری و زهکشی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آبیاری و زهکشی،پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

4 استادیار گروه علوم باغبانی، پردیس ابوریحان، دانشگاه تهران، پاکدشت، ایران

چکیده

سال‌های اخیر توجه زیادی به کشت بدون خاک یا هیدروپونیک در آب و محلول غذایی در گلخانه‌ها شده است. هدف از انجام این تحقیق مقایسه پارامتر بهره‌وری آب نرمال شده کاهو بین دو کشت خاکی و هیدروپونیک و همچنین ارزیابی مدل آکواکراپ در شبیه‌سازی عملکرد و کارایی مصرف آب گیاه کاهو در دو محیط کشت هیدروپونیک و کشت خاکی است. پارامتر بهره‌وری برای شبیه‌سازی رشد گیاه در مدل آکواکراپ استفاده می‌شود. آزمایش‌های دو کشت فوق به‌طور هم‌زمان طی دو دوره کشت در گلخانه تحقیقاتی پردیس ابوریحان دانشگاه تهران انجام شد. داده‌های کشت اول برای واسنجی پارامتر بهره‌وری آب نرمال شده و داده‌های کشت دوم برای صحت سنجی استفاده شدند. نتایج نشان داد که پارامتر فوق در دو کشت خاکی و هیدروپونیک متفاوت است و به ترتیب برابر 3/14 و 8/15 گرم بر مترمربع برای این دو نوع کشت می‌باشد. مدل آکواکراپ با استفاده از این مقادیر برای دوره دوم کشت اجرا شد و مقدار زیست‌توده در طی دوره رشد شبیه‌سازی شد و با مقادیر اندازه‌گیری شده مقایسه گردید. نتایج آماری نشان داد که مدل آکواکراپ با استفاده از مقادیر واسنجی شده بهره‌وری آب نرمال شده با دقت مناسبی عملکرد گیاه کاهو را طی دوره رشد شبیه‌سازی می‌کند. کارایی مصرف آب نیز در هر دو دوره کشت برای دو کشت هیدروپونیک و کشت خاکی اندازه‌گیری و شبیه‌سازی شد و نتایج نشان داد کارایی مصرف آب در کشت هیدروپونیک نسبت به کشت خاکی بیشتر می‌باشد و مدل نیز قابلیت خوبی در شبیه‌سازی کارایی مصرف آب در هر دو محیط کشت دارا می‌باشد. همچنین مقدار تاج پوشش برای هر دو محیط کشت، در هر دو دوره کشت اندازه‌گیری و توسط مدل شبیه‌سازی شد و نتایج نشان داد که مدل برای هر دو محیط کشت، مقدار تاج‌پوشش را به خوبی شبیه‌سازی می‌کند. با توجه به نتایج به‌دست‌آمده در این تحقیق نتیجه گرفته شد، محیط کشت بر عملکرد کاهو تأثیرگذار می‌باشد و عملکرد و کارایی مصرف آب در کشت هیدروپونیک نسبت به کشت خاکی بیشتر است و مدل آکواکراپ نیز دارای دقت نسبتاً بالایی در شبیه‌سازی عملکرد ، کارایی مصرف آب و همچنین شبیه‌سازی تاج‌ پوشش برای گیاه کاهو است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

in Determination of Performance, Water Use Efficiency and Simulation of Lettuce’s Canopy Cover in Hydroponic Cultivation and Soil Cultivation by AquaCrop Model

نویسندگان [English]

  • Mahmoud Sabzian 1
  • Ali Rahimikhoob 2
  • Mahmood Mashal 3
  • Sasan Aliniaeifard 4
1 Master Science Student, Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburaihan Campus, University of Tehran.
2 Professor,Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburaihan Campus, University of Tehran.
3 Associate Professor, Department of Irrigation and Drainage Engineering, Aburaihan Campus, University of Tehran.
4 Assistance Professor, Department of Horticulture, Aburaihan Campus, University of Tehran.
چکیده [English]

In recent years, there has been high attention towards soilless cultivation or hydroponic for growing plants in greenhouses. In the current study we addressed normalized water productivity of lettuce (Lactuca sativa) between soil and hydroponic cultivations and also the assessment of AquaCrop model in simulation of yield and water use efficiency of lettuce cultivation methods. The Normalized Water Productivity is used for simulating plant growth in AquaCrop model. The experiments on two mentioned cultivations were conducted during two cultivation periods. The first cultivation’s data were used for calibrating the productivity parameter of normalized water and the second’s cultivation data were used for validation. The obtained results suggested that the productivity parameter of normalized water was different for soil and hydroponic cultivations, it was 14.3 and 15.8 g m-2, respectively for the two cultivation types. AquaCrop model was performed using these amounts for second cultivation period and the value of biomass was simulated during growth period and then was compared to the measured values. The results indicated that AquaCrop model simulated the performance of lettuce with a suitable accuracy during growth period using the calibrated values of normalized water productivity. Water use efficiency (WUE) was also measured and simulated in both cultivation periods for hydroponic and soil cultivations. The results indicated that the water use efficiency (WUE) in hydroponic is higher than WUE in soil cultivation. Also, the amount of canopy cover was measured for both culture mediums in both cultivation periods and was simulated by the model and the results showed that the model simulates the amount of canopy cover well for both culture mediums. Also AquaCrop model has higher accuracy in the simulation of performance and WUE for lettuce. According to the obtained results, it was concluded that the culture medium influenced the performance of lettuce plant; and performance and WUE in hydroponic cultivation is higher than soil cultivation. Furthermore, AquaCrop model has relatively high accuracy in the simulation of performance, WUE, and also simulation of canopy cover for lettuce plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hydroponic cultivation
  • soil cultivation
  • Yield
  • Water Use Efficiency
  • AquaCrop model
رحیمی‌خوب، ح.، ستوده‌نیا، ع.، و مساح بوانی، ع. 1393. واسنجی و ارزیابی مدل AquaCrop برای ذرت علوفه‌ای منطقه قزوین. آبیاری و زهکشی ایران. 1. 108.
ساعدی، س.، علیمردانی، ر.، موسی‌زاده، ح.، و صالحی، ر. 1396. طراحی و پیاده‌سازی دستگاه کشت هیدروپونیک دوار خورشیدی مجهز به سامانه هوشمند آبیاری. ماشین‌های کشاورزی. 8(2), 279-294.
شاکر، د.، و حسین‌نیا، ه. 1395. بررسی عملکرد و کارایی مصرف آب در سیستم کشت هیدروپونیک محصولات گلخانه‌ای، دومین کنگره بین‌المللی زمین، فضا و انرژی‌های پاک با محوریت مدیریت منابع طبیعی، کشاورزی و توسعه پایدار، تهران، شرکت کیان طرح دانش.
علیزاده ح. نظری ب. پارسی‌نژاد م. اعتدالی ه. و  جانباز ح. 1389. ارزیابی مدل آکواکراپ در مدیریت کم آبیاری گندم در منطقه کرج. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 2، 11.
کریمی‌اورگانی، ح.، رحیمی‌خوب، ع.، و  نظری‌فرد، م. 1394. واسنجی و صحت سنجی مدل آکواکراپ برای جو در منطقه پاکدشت. تحقیقات آب‌وخاک ایران. 74 (3):579-539.
وطن‌خواه، ا.، و ابراهیمیان، ح. 1395. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد ذرت علوفه‌ای در طول جویچه. تحقیقات آب و خاک ایران. 47(3): 495-504.
ناصری، ا.، ف. عباسی، و م. اکبری، 1396. برآورد آب مصرفی در بخش کشاورزی به روش بیلان آب. مجله تحقیقات مهندسی سازه‌های آبیاری و زهکشی، جلد 18 شماره 68، صفحه‌های 32-17.
Allen, R.G., Pereira, L., Raes, D., Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop requirements. FAO Irrigation and Drainage 56. FAO, Rome, 300(9), D05109.
Cantliffe, DJ., Funes, J., Jovicich, E., Parajpe, A., Rodriguez, J., Shaw, N. 2007. Media and containers for greenhouse soil less grown cucumbers, melons peppers and strawberries. Acta Hort 614:199-203.
English, M.J.I.J., Musick, V.V., Murty. 1990. Deficit irrigation. Journal of farm irrigation systems. 12(3):222-230.
Greaves, GE., Wang, YM. 2016. Assessment of FAO AquaCrop Model for Simulating Maize Growth and Productivity under Deficit Irrigation in a Tropical Environment. Water 8(12):557.
Hsiao, TC., Steduto, P., Raes, D., Fereres, E. 2009. AquaCrop: the FAO crop water model to simulate yield response to water: III. Parameterization and testing for maize. Agricultural Journal 101:448-459.
Jones, JW., Hoogenboom, G. Porter, CH., Boote, KJ., Batchelor, WD., Hunt, LA., Ritchie. JT. 2003. The DSSAT cropping system model. European journal of agronomy 18(3):235-265.
Keating, B.A., Carberry, P.S., Hammer, G.L., Probert, M.E., Robertson, M.J., Holzworth, D., and McLean, G. 2003. An overview of APSIM, a model designed for farming systems simulation. European journal of agronomy, 18(3), 267-288.
Malik, A., Shakir, AS., Ajmal, M., Khan, MJ.,  Khan, TA. 2017. Assessment of AquaCrop model in simulating sugar beet canopy cover, biomass and root yield under different irrigation and field management practices in semi-arid regions of Pakistan. Water Resources Management. 31(13):4275-4292.
Nyathi., M.K., van Halsema, G.E., Annandale, J.G., & Struik, P.C., 2018. Calibration and validation of the AquaCrop model for repeatedly harvested leafy vegetables grown under different irrigation regimes. Agricultural Water Management, 208, 107-119.
Patrignani, A., Ochsner, T.E. 2015. Canopeo: A Powerful New Tool for Measuring Fractional Green Canopy Cover. Agronomy Journal 107(6):2312-2320.
Steduto, P., Hsiao, T.C., Fereres, E. 2007. On the conservative behavior of biomass water productivity. Irrig. Sci. 25:189–207.
Steduto, P., Hsiao, T., Raes, D., 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.
Stöckle, C.O., Donatelli, M., Nelson, R. 2003. CropSyst, a cropping systems simulation model. European journal of agronomy 18(3):289-307.
Verdonck, O., Demeyer, P. 2004. The influence of the particle size on the physical properties of growing media. 644:99-101.
Zhang, W., Liu, W., Xue, Q., Chen, J., Han, X. 2013. Evaluation of the AquaCrop model for simulating yield response of winter wheat to water on the southern Loess Plateau of China. Water Science and Technology 68(4):821-828.