شبیه‌سازی عملکرد گندم در شرایط دیم کامل و آبیاری تکمیلی و ارائه سناریوهای برتر مدیریتی در بالادست حوضه آبریز کرخه

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد و عضو هیئت علمی مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

2 استاد گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 دانشیار پژوهشی، مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

4 استادیار پژوهش، مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

چکیده

این تحقیق با هدف واسنجی و صحت­سنجی مدل گیاهی  AquaCropبرای گندم (رقم آذر 2) در شرایط دیم و آبیاری تکمیلی و هم­چنین ارائه سناریوهای برتر مدیریتی به­منظور ارتقاء عملکرد و بهره­وری آب گندم دیم در منطقه هنام شهرستان الشتر انجام گردید. مدل با استفاده از داده­های مربوط به آزمایشات مزرعه­ای در سال زراعی 85-1384 و به طریق کدنویسی در نرم افزار Matlab و تغییر بعضی از پارامترهای گیاهی متغیر که در مزرعه اندازه­گیری نشده بودند، واسنجی گردید. با به کارگیری اطلاعات اندازه­گیری شده در 2 مزرعه تحقیقاتی در شرایط مدیریتی متفاوت (دیم و تک­آبیاری بهاره و پاییزه) در سال زراعی 86-1385 مدل صحت­سنجی گردید. نتایج نشان داد که مدل با دقت بالایی قابلیت مدل­سازی عملکرد دانه و بیوماس محصول را در شرایط دیم و تک­آبیاری دارا می­باشد. به­طوری که در مرحله صحت­سنجی برای عملکرد دانه و میزان بیوماس، شاخص RMSE به ترتیب برابر 16/0 و 32/0 تن در هکتار، شاخص NRMSE به ترتیب 5 و 4 درصد بدست آمد. و برای هر دو پارامتر فوق، مقدار ضریب تعیین برابر 86/0، شاخص­های سازگاری (d) و نش- ساتکلیف (NSE) نزدیک به 1 حاصل گردید. پایش زراعی مزارع کشاورزان منطقه و همچنین نتایج شبیه­سازی مدل AquaCrop نشان داد که بر اساس شرایط اقلیمی سال زراعی 93-1392 تاریخ کاشت مناسب گندم دیم در منطقه هنام بین 6 تا 10 آبان ماه است. نتایج شبیه­سازی مدل بیانگر آن است که با تغییر تاریخ کاشت از اول به دهم آبان ﻋﻤﻠﻜﺮد دانه، بیوماس و ﺷﺎﺧﺺ بهره­وری آب مصرفی شبیه­سازی شده گندم به طور میانگین به میزان 7، 6 و 11 درصد افزایش پیدا کرده­اند. همچنین براساس سناریوهای خروجی مدل AquaCrop در منطقه هنام، مناسب­ترین عمق و زمان تک آبیاری بهاره به ترتیب 50 میلی­متر و  میانه دوره گل­دهی است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of Wheat Yield under Rainfed and Supplemental Irrigation and Presentation of Superior Management Scenarios in Upper Karkheh Basin

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mehdi Nakhjavanimoghaddam 1
  • Bijan Ghahraman 2
  • Kamran Davary 2
  • Amin Alizadeh 2
  • Hossein Dehghanisanij 3
  • Ali Reza Tavakoli 4
1 PhD student, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad and Academic member of Agricultural Engineering Research Institute (AERI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
2 Professor, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad., Mashhad., Iran
3 Associate Professor of Irrigation and Drainage Engineering, Agricultural Engineering Research Institute (AERI)., Karaj., Iran
4 Assistant professor of Agricultural Engineering Research Institute (AERI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran
چکیده [English]

The objective of this study was to calibrate and validate the AquaCrop (Ver. 4.0) model for wheat (variety, Azar2) under rainfed and supplemental Irrigation and definition of the best management scenario in order to enhance yield and WP of rainfed wheat in upper Karkheh basin. The model was calibrated using Matlab software and data collected in research farms in 2005-2006, also the model was validated using data collected in 2006-2007. The on-farm trials included three irrigation treatments (rainfed, single irrigation only at planting time, single irrigation only in spring). The result showed that the model was able to accurately simulate grain yield and biomass of wheat under rainfed and single Irrigation. For grain yield and biomass, RMSE, NRMSE, D-Index and NSE and R2 were obtained equal to (0.16 ton/ ha, 5%, 0.99, 0.99 and 0.86), (0.32 ton/ ha, 4%, 0.99, 0.99 and 0.86) respectively. The result shows that the suitable sowing date in Honam region is between Oct.28 to Nov.2 in 2013-2014. The results indicated by changing sowing dates from Oct.23 to Nov.2, the simulated grain, biomass and the WP were increased up to 7, 6 and 11%, respectively. The results showed that in Honam region the proper depth and time of single irrigation in spring is 50 millimeters and the middle of flowering stage (198 days after planting time), respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • AquaCrop model
  • Calibration
  • Honam Single irrigation
  • Validation
تاتاری،م.، ملک احمدی،م.، عباسی علی کمر،ر. 1391. اﺛﺮ آﺑﻴﺎری ﺗﻜﻤﻴﻠﻲ ﺑﺮ رﺷﺪ و ﻋﻤﻠﻜﺮد ﮔﻨﺪم دﻳﻢ. ﻧﺸﺮﻳﻪ ﭘﮋوﻫش­های زراﻋﻲ اﻳﺮان. 10. 2 :448-455

توکلی،ع.ر.، لیاقت،ع.، علیزاده،ا.، اشرفی،ش.، اویس،ذ و پارسی نژاد،م. 1389. بهبود بهره­وری بارش در تولید گندم دیم با اعمال گزاره­های بهبود در سطح مزارع زارعین در منطقه سردسیر بالادست حوضه کرخه. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 2. 4 :297-307.

خلیلی،ن.، داوری،ک.، عیزاده،ا.، کافی،م و انصاری،ح. 1393. ﺷﺒﻴﻪ­ﺳﺎزی ﻋﻤﻠﻜﺮد ﮔﻨﺪم دﻳﻢ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﺪل ﮔﻴﺎﻫﻲ آﻛﻮاﻛﺮاپ، ﻣﻄﺎﻟﻌﻪ ﻣﻮردی اﻳﺴﺘﮕﺎه ﺗﺤﻘﻴﻘﺎت ﻛﺸﺎورزی دﻳﻢ ﺳﻴﺴﺎب، ﺧﺮاﺳﺎن ﺷﻤﺎﻟﻲ. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 28. 5 :930-939.

سپه­وند،م. 1390. مطالعات نیمه­تفصیلی خاک­شناسی و طبقه­بندی اراضی حوضه هنام الشتر (استان لرستان). گزارش نهایی پروژه تحقیقاتی. موسسه تحقیقات خاک و آب. 53 صفحه.

طلیعی،ع.ا و بهرامی،ن. 1382. بررسی تأثیر بارندگی و درجه حرارت بر عملکرد گندم دیم در استان کرمانشاه. مجله علوم آب و خاک، 17. 1 :106-112.

Andarzian,B., Bannayan,M., Steduto,P., Mazraeh,H., Barati,M.E., Barati,M.A and Rahnama,A. 2011. Validation and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management. 100.1: 1-8.

Araya,A., Habtu,S., Hadgu,K.M., Kebede,A., Dejene,T. 2010. Test of AquaCrop model in simulating biomass and yield of water deficient and irrigated barley (Hordeum vulgare). Agricultural Water Management. 97: 1838–1846.

Batten,G.H and Khan,M.A. 1987. Effect of time of sowing on grain yield, nutrient uptake of wheat with contrasting phenology. Australian Journal of Experimental Agriculture. 27(6):881 – 887.

Doorenbos,J and Kassam,A.H. 1979. Yield response to water. Irrigation and Drainage. Paper 33. FAO, Rome.

Farahani,H  and Oweis,T. 2008. Chapter I- Agricultural Water Productivity in Karkheh River Basin. In: Oweis,T., Farahani,H., Qadir,M., Anthofer,J., Siadat,H., Abbasi,F and Bruggeman,A. (Eds). Improving On-farm Agricultural Water Productivity in the Karkheh River Basin. Research Report no. 1: A Compendium of Review Papers. ICARDA, Aleppo, Syria. IV+103 pp.

Farahani,H.J., Izzi,G., Steduto,P and Oweis,T.Y. 2009. Parameterization and evaluation of AquaCrop for full and deficit irrigated cotton. Agronomy Journal. 101:469–476

Garcia-Vila,M., Fereres,E., Mateos,L., Orgaz,F and Steduto,F. 2009. Deficit irrigation optimization of Cotton with AquaCrop. Agronomy Journal. 101: 477-487.

Geerts,S., Raes,D., Garcia,M., Miranda,R., Cusicanqui,J.A., Taboada,C., Mendoza,J., Huanaca,R., Mamani,A., Condori,O., Mamani,J., Morales,B., Osco,V and Steduto,P. 2009. Simulating Yield Response to Water of Quinoa (Chenopodium Quinoa Willd.) With FAO-Aquacrop. Agronomy Journal. 101: 499–508.

Hanks,R.J. 1983. Yield and Water-Use Relationships. In:Lange,O.L., Kappen,L and Schulze,E.D. (Eds.) Ecological Studies. Analysis and Synthesis. Water and Plant Life. Springer-Verlag.  Berlin19:  281-305.

Heng,L.K., Evett,S.R., Howell,T.A and Hsiao,T.C. 2009. Calibration and testing of FAO aquacrop model for rainfed and irrigated maize. Agronomy Journal. 101:488–498.

Jin,X.l., Feng,H.k., Zhu,X.k., Li,Z.h., Song,S.n. Song, X.Y. Yang, G.J. Xu, X.G. and Guo, W.S. 2014. Assessment of the AquaCrop Model for Use in Simulation of Irrigated Winter Wheat Canopy Cover, Biomass, and Grain Yield in the North China Plain. PLoS ONE 9(1), Published online 2014 Jan 28. doi:10.1371/journal.pone.0086938

Mkhabela,M.S and Bullock,P.R. 2012. Performance of the FAO AquaCrop model for wheat grain yield and soil moisture simulation in Western Canada. Agricultural Water Management. 110: 16–24

Nash,J.E., Sutcliffe,J.V., 1970. River flow forecasting through conceptual models, Part 1: A discussion of principles. Journal of Hydrology. 10:282–290.

Oweis,T and Hachum,A. 2004. Water harvesting and supplemental irrigation for improved water productivity fordry farming systems in West Asia and North Africa. ICARDA. Aleppo. Syria for Presentation at the 4th International Crop Science Congress 26 Sept. to 1 Oct

Raes, D. 2012. The ETo calculator, evapotranspiration from a reference surface. Reference Manual. Version 3.2. FAO. FAO, via delle Terme di Caracalla, 00153 Rome, Italy.

Rinaldy,M., Losavio,N and Flagella.Z.  2003. Evaluation of OILCROP-SUN model for sunflower in southern Italy. Agricultural Systems. 78: 17-30.

Sam-Amoah,L.K.,. Darko,R.O and Owusu-Sekyere,J.D. 2013. Calibration and validation of Aquacrop full and deficit irrigation of hot peper. Journal of Agricultural and Biological Science. 8.2: 175-178.

Saxton,K.E and. Rawls,W.J. 2006. Soil water characteristic estimates by texture and organic matter for hydrologic solutions. http://www.ars.usda.gov/ba/anri/hrsl/ksaxton

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. 101:426–437

Tavakkoli,A.R and Oweis,T. 2004. The role of supplemental irrigation and nitrogen in producing bread wheat in the highlands of Iran. Agricultural Water Management. 65:225-236.

Tavakoli,A., Liaghat,A., Oweis,T and Alizadeh,A . 2012. The role of limited irrigation and advanced magement on improving water productivity of rainfed wheat at semi-cold region of upper Karkheh River Basin, Iran. International Journal of Agriculture and Crop Sciences. 4.14:939-948.

Tavakoli,A.R., Oweis,T., Ashrafi,Sh., Asadi,H., Siadat,H and Liaghat,A. 2010. Improving rainwater productivity with supplemental irrigation in upper Karkheh river basin of Iran. International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA). Aleppo. Syria. 123pp

Willmott.C.J. 1982. Some Comments on the Evaluation of Model Performance. Bulletin of the American Meteorological Society 63: 1309–1313.

Zeleke,K.T., David,L., Raymond,C. 2011. Calibration and testing of the FAO AquaCrop Model for Canola. Agronomy Journal. 103:1610–1618.

Zhang,W., Liu,W., Xue,Q., Chen,J and Han,X. 2013.Evaluation of the AquaCropmodel for simulation yield response of winter wheat to water on the southern Loess Plateau of China. Water science and technology.68 .4: 821-829.