واسنجی و صحت سنجی مدل گیاهی AQUACROP جهت شبیه‌سازی عملکرد سه رقم گندم تحت تنش رطوبتی مختلف

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته ارشد گروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند

2 استادیارگروه علوم و مهندسی آب، دانشگاه بیرجند، بیرجند، بیرجند، ایران

3 دانشیار، گروه علوم زراعت و اصلاح نباتات، دانشگاه بیرجند

4 دانشیار/ گروه علوم و مهندسی آب- دانشکده کشاورزی- دانشگاه بیرجند

چکیده

استفاده بهینه از منابع آب موجود و مدیریت آن‌ها با توجه به علم روز، امری بسیار حیاتی است این مهم سبب شده تا استفاده از مدل‌های گیاهی در جهت بررسی اثرات کم‌‌آبیاری روی عملکرد محصولات کشاورزی اهمیت پیدا کند. به منظور بررسی اثر تنش رطوبتی بر عملکرد و صفات رشدی در سه رقم افق،روشن و نارین و واسنجی و صحت‌سنجی مدل‌گیاهی AQUACROP برای این ارقام در سال زراعی 96-97 در مزرعه تحقیقاتی واقع در بیرجند انجام شد. تحقیق در قالب فاکتوریل به صورت طرح بلوک کامل تصادفی با 6 تیمار و سه تکرار اجرا شد. تیمار‌های آبیاری شامل 100(تیمار شاهد)، 75(تنش متوسط) و 50(تنش شدید) درصد نیاز آبی گندم و 3 تیمار دیگر مربوط به دو رقم جدید افق و نارین و یک رقم قدیمی و بومی روشن کشت شدند. نتایج مقایسه‌ی میانگین انجام شده میانگین اثر ساده تنش رطوبتی، اثر ساده ارقام و اثر متقابل تنش در ارقام مختلف در صفات مختلف معنی‌دار بودند. پس از آنالیز و مقایسه میانگین صفات گیاهی مدل گیاهی AQUACROP برای تنش-های 100 و 75 درصد نیاز آبی در دو پارامتر عملکرد دانه و بیوماس واسنجی شد. پس از مرحله اعتبار سنجی مدل صحت سنجی مدل با تنش 50 درصد نیاز آبی انجام شد. نتایج صحت سنجی مدل نشان داد محاسبات مدل مقدار شبیه‌سازی نزدیک و قابل قبولی نسبت به مقدار اندازه-گیری شده عملکرد دانه با توجه به شاخص‌های ارزیابی NRMSEو R2 نشان داد. همچنین برای اطمینان از صحت سنجی مدل با استفاده از داده‌های عملکرد اندازه‌گیری شده رقم روشن در سال زراعی 87-1388 با تغییر داده‌های هواشناسی مجدد صحت‌سنجی شد. مقدار شاخص NRMSE عمکلرد دانه شبیه‌سازی و اندازه‌گیری شده برای میانگین تنش‌های رطوبتی 100 و 75 درصد در مرحله واسنجی ارقام افق، روشن و نارین به ترتیب 09/0 ، 88/0 و 51/1 درصد بدست آمد. این مقادیر در صحت سنجی مدل در تنش 50 درصد به تریتب 49/1 ، 14/3 و 08/0 درصد مشاهده شد. با توجه به مقادیر محاسبه شده در شاخص‌های آماری می‌توان به این نتیجه رسید مدل کارایی قابل قبولی برای واسنجی ارقام مختلف گندم می‌تواند به ما بدهد که این مهم به دلیل تعداد بالا و روزافزون ارقام مختلف گندم کاربرد بسیاری در منطقه دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Calibration and verification AQUACROP plant model to simulate the performance of three different wheat varieties under drought stress

نویسندگان [English]

  • amir hossein ghadirian 1
  • Mostafa Yaghoobzadeh 2
  • Gholamreza Zamani 3
  • Ali Shahidi 4
1 MSc Department of Water Engineering, University of Birjand
2 Assistant Professor, Department of Science and Water Engineering, University of Birjand., Birjand., Iran
3 Associate Professor, Department of Agricultural Sciences and Plant Breeding, Birjand University
4 Water engineering Dept. Faculty of Agriculture University of Birjand Birjand Iran
چکیده [English]

Optimal use of available water resources and their management is very important according to modern science. This has led to the importance of using plant models to study the effects of low water on agricultural yields. In order to investigate the effect of moisture stress on yield and growth traits in three cultivars of horizon, clear and narin and weeding and validation of vegetative model AQUACROP for these cultivars were performed in 96-97 crop year on a research farm located in Birjand. The research was conducted in the form of a factorial randomized complete block design with 6 treatments and three replications. Irrigation treatments included 100 (control treatment), 75 (medium stress) and 50 (severe stress) percentage of wheat water requirement and 3 other treatments related to two new cultivars of Ofogh and Narin and one old and native cultivar Roshan. The results of the mean comparison of the mean mean of the simple effect of moisture stress, the simple effect of cultivars and the interaction effect of stress on different cultivars were significant in different traits. After analyzing and comparing the average plant traits of the AQUACROP plant model for stresses of 100 and 75%, the water requirement was measured in two parameters of grain yield and biomass. After the validation stage, the model validation model was performed with 50% water stress. The results of the model validation showed that the model calculations showed a close and acceptable simulation value compared to the measured value of grain performance according to NRMSE and R2 evaluation indicators. Also, to ensure the accuracy of the model, using the measured performance data, the bright figure in the 2009-2010 crop year was validated by changing the re-meteorological data. The NRMSE index value of the simulated and measured grain mass for the mean moisture stresses of 100 and 75% in the horizontal and horizontal digits of Rosin, Narin and Narin cultivars was 0.99, 0.88 and 1.51%, respectively. These values were observed in the model validation in 50% stress to 1.49, 3.14 and 0.88%, respectively. According to the values calculated in the statistical indicators, it can be concluded that the model can provide us with an acceptable efficiency for measuring different wheat cultivars, which is very important in the region due to the high and increasing number of different wheat cultivars.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wheat yield
  • moisture stress
  • plant model
  • AquaCrop
بابازاده، ح. و سرائی تبریزی، م. ۱۳۹۱. ارزیابی مدل AquaCrop تحت شرایط مدیریت کم- آبیاری سویا. نشریه آب‌وخاک علوم و صنایع کشاورزی. 26(2): ۳۳۹-۳.
دلقندی، م،. اندرزیان، ب. برومند نصب، س. مساح بوانی، ع.ر. و جواهری، ا. 1392. ارزیابی مدل CERES-Wheat نسخه 4.5DSSAT  در شبیه‌سازی رشد عملکرد و مراحل فنولوژی گندم در شرایط مدیریت‌های مختلف تخصیص آب در مزرعه (مطالعه موردی : شهرستان اهواز). نشریه آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی). 28(2): 91-82.
زمانی، غ.ر.، شهیدی، ع. کشکولی، ح. ع. و حسینی س.م. ۱۳۸۷. اثر برهم‌کنش شوری و کم آبیاری بر عملکرد کمی و کیفی دو رقم گندم: دومین همایش ملی مدیریت شبکه‌های آبیاری و زهکشی، اهواز، دانشگاه چمران.
سعادتی، ز.، دلبری، م. امیری، ا. پناهی، م. رحیمیان، م. ح. و قدسی، م. 1395. ارزیابی مدل CERES-Wheat در شبیه‌سازی عملکرد ارقام گندم تحت تیمارهای مختلف آبیاری. نشریه حفاظت منابع آب‌وخاک، 5(35): 73-85.
سلیمانی، ع. 1395. بررسی تأثیر تنش خشکی بر عملکرد و اجزای عملکرد گندم با استفاده از مدل ET-HS. تنش‌های محیطی در علوم زراعی، دوره9، شماره39(3): 215-205.
عابدین پور، م. مدیریت آب در کشاورزی با مدل AquaCrop، جهاد دانشگاهی دانشگاه اصفهان.
کلانکی، م. 1394. بررسی تأثیر مدیریت آبیاری در افزایش بهره‌وری آب گیاه ذرت با در نظر گرفتن تغییر اقلیم. پایان‌نامه کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، دانشگاه زابل، زابل.
کلانکی، م.، کاراندیش، ف. و صابر‌علی، س.ف. 1396. اثر تلفیق مدیریت آبیاری و تاریخ کشت بر کارایی مصرف آب ذرت با استفاده از مدل DSSAT. مجله پژوهش آب در کشاورزی، 31(4): 522-509.
کوچکی، ع. 1370. مبانی فیزیولوژیکی رشد و نمو گیاهان زراعی. انتشارات آستان قدس رضوی.
گلکار حمزیی یزد،ح. و فرداد، ح. 1381. تحلیل اقتصادی کم آبیاری گندم در شرایط کرج. علـوم کشاورزی ایران. 33(2): 305-312.
محمدی، م.، قهرمان، ب. داوری، ک. انصاری، ح. و شهیدی، ع. ۱۳۹۴. اعتبارسنجی مدل AquaCrop به‌منظور شبیه‌سازی عملکرد و کارایی مصرف آب گندم زمستانه تحت شرایط هم‌زمان تنش شوری و خشکی. نشریه آب‌وخاک علوم و صنایع کشاورزی، 29(1): 84-67.
محمدی، م.، داوری، ک. قهرمان، ب. انصاری، ح. و حق‌وردی، ا. 1394. واسنجی و صحت‌سنجی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد گندم بهاره تحت تنش هم‌زمان شوری و خشکی (مطالعه موردی : مشهد). نشریه پژوهش آب در کشاورزی (علوم و صنایع کشاورزی).29(3): 295-277.
مؤمنی، ر.، بهبهانی، م.ر. نظری فر، م. ه. و آزادگان، ب. 1390. ارزیابی سناریوهای افزایش بهره‌وری مصرف آب گندم دیم در حوزه کرخه با استفاده از آنالیزهای مدیریتی مدل رشد گیاهی CropSyst. مدیریت آب و آبیاری، (1)1: 29-40.
Aghayari, F., KHALILI, F., andARDAKANI, M. R. 2016. Effect of deficit irrigation, partial irrigation and superabsorbent polymer on yield and yield components of corn (cv. KSC703).
Akram, M. 2011. Growth and yield components of wheat under water stress of different growth stages. Bangladesh Journal of Agricultural Research. 36(3): 455-468.
Andarzian, B., M. Bannayan, P. Steduto, H. Mazraeh, M. E. Barati, M. A. Barati and A. Rahanama. 2011. Validation and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran.Agric.Water Manag.100:1-8
Budak H., Kantar M., Kurtoglu K.Y. 2013.Drought tolerance in modern and wild wheat. Scientific World Journal.
Dettori, M., Cesaraccio, C., Motroni, A., Spano, D. & Duce, P. 2011. Using CERES-Wheat to simulate durum wheat production and phenology in Southern Sardinia, Italy. Field Crops Research.120:179–188.
Duggan, B. L., & Fowler, D. B. 2006. Yield structure and kernel potential of winter wheat on the Canadian prairies. Crop science, 46(4), 1479-1487.
F.A.O. Statistical database. Available online: Http// www. FAO. Org. 2016.
Farooq M., Wahid A., Kobayashi N., Fujita D., Basra S.M.A. 2009. Plant drought stress: effects, mechanisms and management. Agronomy for Sustainable Development. 29:185.
Farshadfar E., Rashidi M., Mahdi M.J., Zali H. 2013. GGE biplot analysis of genotype . environment interaction in chickpea genotypes. Eur. J. Exp. Biol. 3:417.
Hang, A. N., & Miller, D. E. 1983. Wheat Development as Affected by Deficit, High Frequency Sprinkler Irrigation 1. Agronomy Journal. 75(2):234-23.
Hussain, A., Ahmad, M.M.A., Wajid, A., & Ahmad, Z. 1997. Effect of irrigation during various development stages on yield, components, yield and harvest index of different wheat cultivars. Pakistan Journal of Agricultural sciences, 34: 1-4.
Kroes, J. G., Van Dam, J. C., Groenendijk, P., Hendriks, R. F. A., & Jacobs, C. M. J. 2009. SWAP version 3.2. Theory description and user manual (No. 1649 (02)). Alterra.
Kuo S.F., Lin B.J. & Shieh H.J. 2006. Estimation irrigation water requirements with derived crop coefficients for upland and paddy crops in ChiaNan Irrigation Association, Taiwan. Agricultural Water Management.82:433-451.
M. Dastfal,. V. Brati,. F. Navabi. and H. Haghighat Nia, 2009. Effect of Terminal Drought Stress on Grain Yield and Its Components in Bread Wheat (Triticum aestivum L.) Genotypes in Dry and Warm Conditions in South of Fars Province. Seed and Plant Production Journal.25(3):329-344.
Mohajerani, H., Mosaedi, A., Kholghi, M., Maftah Halghi, M. & Saad Aldin, A. 2011. Estimating crop water requirement of wheat by Cropwat model in Kordkouy-Golestan province. National Conference on Water Scarcity.
Osamu, T., Yoshida, K., Hiroaki, S., Katsuhiro, H. & Hajime Tangi, H. 2005. Estimation ofirrigation water using cropwat model at KM35 project site, in Savannakhet, LAO, PDR. Proceedings of the International Symposium on Role of Water Sciences in Transboundary River Basin Management. 10-12 March. Ratchathani, Thailand.
Salemi, H., Soom, M.A.M., Lee, T.S., Mousavi, S.F., Ganji, A. and Yusoff, M.K., 2011. Application of AquaCrop model in deficit irrigation management of Winter wheat in arid region. African Journal of Agricultural Research, 610, pp. 2204- 2215.
Singh, R. 2004. Simulation on direct and cyclic use of saline waters for sustaining Cotton-Wheat in a semi-arid area of north-west India. Agricultural Water Management, 66, 153-162.
Steduto, P., T.C. Hsiao, D. Raes, and E. Fereres. 2009. AquaCropThe FAO crop model to simulate yield response to water: I concepts and underlying principles. Agronomy Journal. 101: 426–437
Zong-Ming, W. A. N. G., Zhang, B., Xiao-Yan, L. I., Kai-Shan, S. O. N. G., Dian-Wei, L. I. U., & Zhang, S. Q. 2006. Using CropSyst to Simulate Spring Wheat Growth in Black Soil Zone of Northeast China1. Pedosphere, 16(3):354-361