ارزیابی مدل‌های AquaCrop و DSSAT در شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب گیاه سیب‌زمینی تحت شرایط مختلف تنش آبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

2 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

3 عضو هیات علمی بخش آبیاری و زهکشی موسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی

چکیده

شبیه‌سازی گیاه سیب‌زمینی به محققان کمک می‌کند تا بتوانند برنامه‌ریزی صحیحی در خصوص واکنش این گیاه نسبت به مقدار آب آبیاری داشته باشند. مدلهای AquaCrop و DSSAT به عنوان دو مدل‌ پرکاربرد در این خصوص مطرح هستند ولی تاکنون در شرایط یکسان برای شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب سیب‌زمینی مورد ارزیابی قرار نگرفته‌اند. بر این اساس، در پژوهش حاضر از داده‌های برداشت شده از یک مزرعه واقع در کرمانشاه برای ارزیابی این دو مدل تحت تنش‌های مختلف آب آبیاری استفاده شد. تیمارهای آبیاری مورد بررسی در این تحقیق شامل تأمین 100، 75 و 50 درصد نیاز آبی سیب زمینی تحت آبیاری قطره‌ای سطحی بود. نتایج نشان داد که هر دو مدل AquaCrop و DSSAT در شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب سیب‌زمینی دچار خطای بیش‌برآوردی شدند. دقت این دو مدل برای شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب در دسته عالی قرار داشت .در مرحله واسنجی، خطای مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب سیب‌زمینی به ترتیب برابر با 3/1 تن در هکتار و 22/0 کیلوگرم بر مترمکعب بود. در حالی که مقادیر خطا برای این پارامترها در مرحله صحت‌سنجی به ترتیب برابر با 5/1 تن در هکتار و 23/0 کیلوگرم بر مترمکعب بود. خطای مدل DSSAT در مرحله واسنجی برای شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب به ترتیب برابر با 4/2 تن در هکتار و 34/0 کیلوگرم بر مترمکعب و در مرحله صحت‌سنجی به ترتیب برابر با 61/0 تن در هکتار و 11/0 کیلوگرم بر مترمکعب بود.مقادیر آماره EF برای عملکرد شبیه‌سازی شده توسط مدل‌های AquaCrop و DSSAT به ترتیب برابر با 92/0 و 98/0 بود.مقادیر این آماره برای بهره‌وری آب این دو مدل به ترتیب برابر با 6/2- و 17/0 تعیین شد.با توجه به این نتایج، کاربرد هر دو مدل AquaCrop و DSSAT برای شبیه‌سازی سیب‌زمینی پیشنهاد می‌شود. گرچه نتایج به دست آمده برای مدل DSSAT دقت و کارایی بهتری داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment the AquaCrop and DSSAT Models in Simulating Potato Yield and Water Productivity under Different Water Stress Conditions

نویسندگان [English]

  • Hamid Neysi 1
  • Aslan Egdernezhad 2
  • Saloome Sepehri 3
1 M.Sc. Student of Irrigation and drainage, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
2 Assistant professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
3 A faculty member of irrigation and drainage department of Agricultural Engineering Research Institute
چکیده [English]

Simulation of Potato growth helps researchers to plan crop's response to the amount of irrigation water. AquaCrop and DSSAT are the most widely used crop models but have not yet been evaluated under the same conditions for potato simulation. Therefore, in the present study, biennial data collected from a research farm located in Kermanshah, Iran, were used to evaluate these two models under different irrigation water stresses. Irrigation treatments include: 100% supply; T2: 75% supply and T3: 50% water supply in surface drip irrigation. The results showed that both AquaCrop and DSSAT had overestimated errors in simulating potato yield and water productivity (MBE<0). The accuracy of these two models was excellent for simulating yield and water productivity (NRMSE<0.10). In calibration stage, the error of AquaCrop to simulate yield and water productivity of potato water was equal to 1.3 ton.ha-1 and 0.22 kg.m-3, respectively. While the error values for these parameters in the validation stage were equal to 1.5 ton.ha-1 and 0.23 kg.m-3, respectively. DSSAT model error in the calibration stage to simulate water yield and productivity is equal to 2.4 ton.ha-1 and 0.34 kg.m-3, respectively, and in the validation stage is equal to 0.61 ton.ha-1 and 0.11 kg.m-3, respectively. Therefore, both crop models used had acceptable error. The EF values for the yield simulated by AquaCrop and DSSAT models were 0.92 and 0.98, respectively. The EF values for water productivity of these two models were determined to be -2.6 and 0.17, respectively. According to these results, the use of both models for potato simulation is suggested. However, the results obtained for the DSSAT were better accurate and efficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • crop growth model
  • Drip Irrigation
  • Water-driven Model
  • Water requirement
  • water stress
ابراهیمی پاک، ن. ع.، احمدی، م.، اگدرنژاد، ا. و خاشعی‌سیوکی، ع. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد زعفران تحت سناریوهای مختلف کم‌آبیاری و مصرف زئولیت. مجله حفاظت منابع آب و خاک. 8(1): 131-117.
ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، اگدرنژاد، ا.، تافته، آ. و احمدی، م. 1398. ارزیابی مدل‌های WOFOST، AquaCrop و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 13(3): 726-715.
احمدی، م.، خاشعی سیوکی، ع. و سیاری، م. ح. 1395. بررسی مدل مناسب تعیین نیاز آبی زعفران (Crocus sativus L) و تعیین میزان تنش‌های آبی وارده. بوم‌شناسی. 8(4-4): 520-505.
احمدی، م.، قنبرپوری، م. و اگدرنژاد، ا. 1400. مقدار آب کاربردی گندم با استفاده از تحلیل حساسیت و ارزیابی مدلAquaCrop. مدیریت آب در کشاورزی. 8(1): 30-15.
اداوی، ظ. و تدین، م. ر. 1396. تأثیر تغییر اقلیم بر تولید سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) در منطقه فریدون‌شهر اصفهان I-رشد و نمو. مجله بوم‌شناسی کشاورزی. 9(4): 1135-1117.
اسکندری، ع.، خزاعی، ح.، نظامی، ا.، کافی، م. و مجد آبادی، ع. 1390. تأثیر رژیم آبیاری بر خصوصیات فیزیولوژیکی، عملکرد و کارایی مصرف آب سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) در شرایط آب و هوایی مشهد. مجله علوم باغبانی. 25(3): 210-201.
اگدرنژاد، ا.، ابراهیمی پاک، ن. ع.، تافته، آ. و احمدی، م. 1397. برنامه‌ریزی آبیاری کلزا با استفاده از مدل AquaCrop در دشت قزوین. مجله مدیریت آب در کشاورزی. 5(2): 64-53.
انصاری، م، ع.، اگدرنژاد، ا. و ابراهیمی پاک، ن، ع. 1398. شبیه‌سازی عملکرد سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) تحت شرایط آبیاری با استفاده از دو مدل AquaCrop و Cropsyst. نشریه اکو فیزیولوژی گیاهان زراعی. 13(2): 287-304.
ایزدی، ز.، نصر الهی، ع. ح. و حقیقی، ب. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی رشد و عملکرد سیب‌زمینی تحت تنش آبی. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 49(1): 180-171.
رحیمی خوب، ح.، سهرابی، ت. و دلشاد، م. 1399. تحلیل حساسیت پارامترهای رشد گیاه ریحان در مدل AquaCrop تحت تنش‌های مختلف کود نیتروژن. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 51(6): 1351-1341.
ضیایی، غ.، بابا زاده، ح.، عباسی، ف. و کاوه. ف. 1393. بررسی عملکرد مدل‌های AquaCrop و CERES-Maize در برآورد اجزای بیلان آب خاک و عملکرد ذرت. تحقیقات آب و خاک ایران. 45(4-4): 445-435.
طایی سمیرمی، ج.، امیری، ا.، آیین، ا.، برومند، ن. و جوکار، م. 1396. ارزیابی کارایی مدل DSSAT برای تخمین عملکرد بالقوه سیب‌زمینی در نظام زراعی کشت پاییزه (مطالعه موردی: منطقه جیرفت). مجله به زراعی کشاورزی. 19(4): 905-893.
محمدی، م.، داوری، ک.، قهرمان، ب.، انصاری، ح. و حق وردی، ا. 1394. واسنجی و صحت‌سنجی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد گندم بهاره تحت تنش هم‌زمان شوری و خشکی. مجله پژوهش آب در کشاورزی. 29(3): 295-277.
وطن­خواه، ا. و ابراهیمیان، ح. 1395. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد ذرت علوفه‌ای در طول جویچه. مجله تحقیقات آب و خاک ایران. 47(3): 504-495.
Ahmadee, M., Khashei Siuki, A., and Hashemi, S. R., 2014. The effect of magnetic water and calcific and potasic zeolite on the yield of Lepidium Sativum L, International journal of Advanced Biological and Biomedical Research. 2(6): 2051-2060.
Alishiri, R., Pakmejad, F. and Aghayari, F. 2014. Simulation of sugarbeet growth under different water regimes and nitrogen levels by aquacrop. International Journal of Biosciences. 4(4): 1-9.
Araya, A., Habtu, S., Hadgu, K.M., Kebede, A. and Dejene, T. 2010. Test of AquaCrop model in simulating biomass and yield of water deficit and irrigated barely. Agricultural Water Management. 97:1838–1846.
Fabeiro C., Martin de Santa Olalla F. and De Juan J. A. 2001. Yield and size of deficit irrigated potatoes. Agricultural Water Management. 48: 255–266.
Geerts S. and Raes D. 2009. Deficit irrigation as on-farm strategy to maximize crop water productivity in dry areas. Agricultural Water Management. 96: 1275-1284.
Heng, L. k., Hsiao, T. C., Evett, S., Howell, T. and Steduto, P. 2009. Validating the FAO AquaCrop model for Irrigated and Water Deficient field maize. Agronomy. 101(3): 488-498.
Hoogenboom, G., Wilkens, P. W. and Gordon, Y. T., 1999. DSSAT version 3. International Benchmark Sites Network for Agrotechnology Transfer International Consortium for Agricultural Systems Application University of Hawaii, Honolulu, Hawaii.
Irna, A. and Mauromicale, G. 2006. Physiological and growth response to moderate water deficit of off-season potatoes in a Mediterranean enviorment. Agricultural Water Management. 82: 193-209.
Katerji, N., Campi, P. and Mastrorilli, M. 2013. Productivity, evapotranspiration, and water use efficiency of corn and tomato crops simulated by AquaCrop under contrasting water stress conditions in the Mediterranean region. Agricultural Water Management. 130: 14-26.
Malik, A., Shakir, A, S., Ajmal, M., Jamal Khan, M. and Ali Khan, T. 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: 4275-4292.
Masasi, B., Taghvaeian, S., Gowda, P. H., Marek, G. and Boman, R. 2020. Validation and application of AquaCrop for irrigated cotton in the Sothern Great Plains of US. Irrigation Science. 38: 593-607.
Montoya, F., Camargo, D., Córcoles, J.I., Domínguez, A. and Ortega, J.F. 2020. Analysis of deficit irrigation strategies by using SUBSTOR-Potato model in a semi-arid area. The Journal of Agricultural Science 1–14.
Raes, D., Steduto, P., Hsiao, T. C. and Freres, E. 2012. Reference manual AquaCrop, FAO, land and water division, Rome Italy.
Raymundo, R., Prassad, R., Kleinwechter, U., Concha, J., Condori, B., Condori, B., Bowen, W., Wolf, J., Olesen, J. E., Dong, Q., Zotarelli, L., Gastelo, M., Alva, A., Travasso, M., Quiroz, R., Arora, V., Graham, W. and Porter, C. 2017. Performance of the SUBSTOR-potato model across contrasting growing conditions. Field Crops Research. 202: 57-76.
Scott, G. J., Rosegrant, M.W. and Ringler, C. 2000. Global projections for root tuber crops to the year. Food Policy. 25:561-597.
Stastna, M., Toman, F. and Dufkova, J. 2010. Usage of SUBSTOR model in potato yield prediction. Agricultural Water Management. 2: 286-290.
Stricevic, R., Cosic, M., Djurovic, N., Pejic, B. and Maksimovic, L. 2011. Assessment of the FAO AquaCrop model in the simulation of rainfed and supplementally irrigated maize sugar beet and sunflower. Agricultural Water Management. 98(10): 1615-1621.
Uehara, G. 1998. Synthesis. In: Tsuji G.Y., Hoogenboom G., Thornton P.K., (Eds.), Understanding Options for Agricultural Production, (pp.389-392) Kluwer academic publishers, Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. The Netherlands. 392 pp.
Uehara, G. and Tsuji, G.Y. 1998. Overview of IBSNAT. In: Tsuji GY, Hoogenboom G, Thornton PK, (Eds),. Understanding Options for Agricultural Production, (pp.1-7) Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. The Netherlands. 392 pp.
Zeleke, K. T., Luckett, D. and Cowley, R. 2011. Calibration and Testing of the FAO AquaCrop Model for Canola. Agronomy Journal. 103(6): 1610-1618.