تهیه نقشه‌های نیاز آبی ذرت با مقایسه روش‌های زمین‌آماری و قطعی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای علوم و مهندسی آب- آبیاری و زهکشی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

3 استاد گروه مهندسی آب، دانشگاه فردوسی مشهد. مشهد. ایران

چکیده

در این تحقیق تهیه نقشه نیاز آبی ذرت در استان مازندران مدنظر قرار گرفت. نیاز آبی ذرت در دوره­های 10 روزه به روش دو مرحله­ای فائو در موقعیت ایستگاه­های هواشناسی بدست آمد. تبخیر- تعرق مرجع (ET0) به روش فائو- پنمن- مانتیث و با استفاده از داده­های 51 ایستگاه هواشناسی محاسبه شد. ضرایب گیاهی نیز در 4 مرحله رشد مدنظر قرار گرفت. برای تعیین تابع رفتاری داده­ها، آنالیز روند و ناهمسانگردی انجام شد. پس از محاسبه نیم­تغییرنمای تجربی و انتخاب بهترین مدل نیم­تغییرنما بر اساس کم­ترین مقدار مجموع باقی­مانده مربعات (RSS)، داده­ها با روش­های قطعی شامل وزن­دهی عکس فاصله، توابع پایه شعاعی، چند جمله­ای سراسری و چند جمله­ای موضعی و روش­های زمین آماری از خانواده کریجینگ درون­یابی شدند. خطای درون­یابی با استفاده از تکنیک اعتباریابی متقابل بدست آمد و نشان داد که روش­های چند جمله­ای سراسری و کریجینگ معمولی نتایج مشابهی را دارا و بهتر از سایر روش­ها بودند. نقشه­ها نشان دادند که بیش­ترین مقدار ET0 در ماه مرداد و 78/4-05/4 میلی­متر در روز و کم­ترین مقدار آن در ماه دی و 27/1-05/1 میلی­متر در روز بدست آمد. همچنین بیش­ترین مقدار نیاز آبی ذرت علوفه­ای در تیرماه و 15/5-27/4 میلی­متر در روز و برای ذرت دانه­ای در دهه اول مرداد و 21/5-41/4 میلی­متر در روز بدست آمد. نیاز آبی محاسباتی و پیش­بینی شده ذرت علوفه­ای برای ایستگاه دشت ناز در این تحقیق از نتایج کتاب مرجع 8/45 و 45 درصد کم­تر است. همچنین نیاز آبی محاسباتی و پیش­بینی شده ذرت دانه­ای برای ایستگاه دشت ناز در این تحقیق از نتایج سند ملی 9/71 و 75 درصد بیش­تر است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Preparation of Water Requirement Maps of Maize by Comparing Geostatistical and Deterministic Methods

نویسندگان [English]

  • Mohammad Esmaeil Kamali 1
  • Alireza Faridhosseini 2
  • Hossien Ansari 3
  • Mohammad Ali Gholami Sefidkouhi
1 PhD student, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad., Iran.,
2 Department of water engineering, agriculture faculty, Ferdowsi university of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Associate professor, Water Engineering Department, Ferdowsi University of Mashhad., Mashhad., Iran
چکیده [English]

Preparation of maize water requirement maps in Mazandaran province was considered in the current study. The 10-day maize water requirement firstly was computed in the weather stations postitions using the FAO 2-stage approach. Reference evapotranspiration (ET0) was computed by FAO modified Penman-Monteith method and climate data from 51 weather stations.  Crop coefficients were considered in 4 satages during growing season. To evaluate the spatial structure of the data, Trend and Aanisotropy in the data were analyzed. After computing experimental semivariances and selecting the best semivariogram model on the basis of the lower Residuals Sums of Squares (RSS), data were interpolated by deterministic (Inverse Distance Weighting, Global Polynomial Interpolator and Local Polynomial Interpolator) and geostatistical (Ordinary Kriging and Universal Kriging) methods. The interpolation accuracy was compared based on cross validation technique and showed that Global Polynomial Interpolator and Ordinary Kriging had the same results and were better than the other methods. Maps showed that the highest amount of ET0 occurs in August (Mordad) and 4.05 to 4.78 mm/day and lowest amount occurs in January (Dey) and 1.05 to 1.27 mm/day. Also, the highest amount of silage maize water requirement occurs in third decade of June and two first decade of July (Tir) and 4.27 to 5.15 mm/day. The highest value of maize water requirement occurs in third decade of July (Mordad) and 4.41 to 5.21 mm/day, too. The computed and predicted silage maize water requirement for Dasht-e-naz station in the current study is lower 45.8 and 45 percent than the Reference Book results. Also, the computed and predicted maize water requirement for Dasht-e-naz station in current study is higher 71.9 and 75 percent than the National Water Document results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • evapotranspiration
  • GIS
  • Interpolation
  • Semivariogram
  • spatial distribution

 

1-   بهبهانی،م.ر.، رحیمی­خوب،ع.، نظری­فر،م.ه و مومنی،ر. 1387. برآورد مکانی و زمانی نیاز آبی گندم در دوره­های آبی مختلف با استفاده از روش­های زمین آماری- مطالعه موردی استان همدان. دومین همایش ملی مدیریت شبکه­های آبیاری و زهکشی. اهواز.

2-   بی­نام. 1378. سند ملی آب کشور (ایران)، نیاز آبی گیاهان، الگوی کشت، راندمان آبیاری، وزارت جهاد کشاورزی.

3-   توانا،ا.، هوشمند،ع.ر و فتحیان،ح. 1390. پهنه­بندی تبخیر - تعرق مرجع منطقه­ای با استفاده از تخمین­گرهای زمین آماری و GIS (مطالعه موردی: استان خوزستان)، اولین کنفرانس ملی هواشناسی و مدیریت آب کشاورزی، تهران.

4-   حسنی­پاک،ع.ا. 1377. زمین آمار (ژئواستاتیستیک). چاپ اول، انتشارات دانشگاه تهران، 314ص.

5-   دلبری،م.، خیاط خلقی،م و مهدیان،م.ح. 1383. ارزیابی روش­های زمین آمار در برآورد هدایت هیدرولیکی خاک در مناطق شیب آب و پشت آب پایین دشت سیستان. مجله علوم کشاورزی ایران. 35. 1: 1 -12 .

6-   شریفان،ح و قهرمان،ب. 1385. بررسی روند تغییرات مکانی و زمانی تبخیر - تعرق در استان گلستان با استفاده از سیستم GIS. دومین کنفرانس مدیریت منابع آب. اصفهان.

7-   عرفانیان،م.، علیزاده،ا و محمدیان،ا. 1389. بررسی تغییرات احتمالی نیاز کنونی آبیاری گیاهان نسبت به ارقام مندرج در سند ملی آبیاری (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3. 4:492-478.

8-   عیوضی،م و مساعدی،ا. 1390. بررسی الگوی گسترش مکانی بارش در سطح استان گلستان با استفاده از مدلهای قطعی و زمین آماری، نشریه آب و خاک، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد. 26. 1: 64-53.

9-   فرشی،ع.ا.، شریعتی،م.ر.، جاراللهی،ر.، قائمی،م.ر.، شهابی­فر،م و تولایی،م.م. 1376. برآورد آب مورد نیاز گیاهان عمده زراعی و باغی کشور. جلد اول (گیاهان زراعی). انتشارات نشر آموزش کشاورزی وابسته به معاونت آموزش و تجهیز نیروی انسانی سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، چاپ نخست.

10-فولادمند،ح.ر. 1390. تخمین نیاز آبیاری گیاهان زراعی مهم استان فارس در سطوح گوناگون احتمال. مجله مهندسی منابع آب، 4. 9: 73-65.

11-قلی­زاده،ح.، عبادزاده،ح.ر.، حاتمی،ف.، حسین­پور،ر.، محیطی،ض.، فضلی استبرق،م.، رضایی،م.م.، عرب،ح.، کاظمی­فرد،ر.، فضلی،ب.، عبدشاه،ه.، سفیدی،ه.، رفیعی،م و کاظمیان،ا. 1393. آمارنامه محصولات زراعی (سال زراعی 92-1391)، انتشارات وزارت جهاد کشاورزی (معاونت برنامه­ریزی و اقتصادی، مرکز فناوری اطلاعات و ارتباطات).

12-گنجی­زاده،ر.، برومند نسب،س.، سلطانی محمدی،ا و گنجی­زاده،ح. 1392. تعیین تبخیر و تعرق مرجع با استفاده از روش­های درون­یابی و مقایسه آن با روش­های تجربی (مطالعه موردی: استان گلستان)، اولین همایش ملی بحران آب، اصفهان.

13-معصوم­پور سماکوش،ج.، رجایی،س و یگانه­فر،م. 1393. تغییرپذیری زمانی- مکانی و روند تبخیر و تعرق گیاه مرجع در ایران. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی. 34 :25-7.

14- Allen,R.G., Pereira,L.S., Raes,D., Smith,M. 1990. Crop evapotranspiration. Irrigation and Drainage Paper No.56. F.A.O. Rome. Italy.

15- Boken,V.K., Hoogenboom,G., Hook,J.E., Thomas,D.L., Guerra,L.C and Harrison,K.A. 2004. Agricultural water use estimation using geospatial modeling and a geographic information system. Agricultural Water Management. 67: 185–199.

16- Cambardella,C.A., Moorman,T.B., Novak,J.M., Parkin,T.B., Karlen,D.L., Turco,R.F and Konopka,A.E. 1994. Field-scale variability of soil properties in central Iowa soils, Soil science society of America journal. 58:1501-1511.

17- Christakos,A.G. 2000. Modern spatiotemporal geostatistics, Oxford University press. Oxford.

18- Creutin,J.D and Obled,C. 1982. Objective analyses and mapping techniques for rainfall fields: An objective comparison. Water resources research.  18. 2: 413-431.

19- Dean,J.D., Snyder,W.M. 1997. Temporally and areally distributed rainfall. Journal of irrigation and drainage engineering, ASCE 103: 221-229.

20- Delhomme,J.P. 1978. Kriging in hydrosciences. Journal of Advances in Water Resources. 1.5: 251-266.

21- Earl,H.J and Davis,R.F. 2003. Effect of drought stress on leaf and whole canopy radiation use efficiency and yield of maize. Agronomy Journal. 95:688-696.

22- Johnston,K., Ver Hoef,J.M., Krivoruchko,K. and Lucas,N. 2003. ArcGIS9: Using ArcGIS Geostatistical Analyst, The ESRI guide to ArcGIS Analyst. ESRI, 380 New York Street, Redlands, CA 92373-8100, USA.

23- FAO. 2013. Food and Agriculture Organization.

24- Goovaerts,P. 1997.Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford University Press, New York.

25- Isaaks,E.H and Srivastava,R.M. 1989. An Introduction to Applied Geostatistics. Oxford University Press. NewYork. P.561.

26- Journel,A.G. 1983. Nonparametric estimation of spatial distributions: Math Geol.  15.3: 445-468

27- Journel,A.G and Huijbregts,C.J. 1978. Mining Geostatistics. Academic Press, London, UK.

28- Martinez-Cob,A. 1996. ‘Multivariate geostatistical analysis of evapotranspiration and precipitation in mountain terrain. Journal of hydrology. 174:19-35.

29- Matheron,G. 1963. Principles of geostatistics. Economic geology. 58: 1246-1266.

30- Matheron,G. 1965. La Theorie des Variables Regionalisees et ses Applications. Massson, Paris.

31- Matheron,G. 1969. Le krigeage universel. Cahiers du Centre de Morphologie.Mathématique, No 1. Ecole des Mines, Fontainebleau.

32- Motz,D.S., Searcy,S.W. 1993. Interpolation methods for spatially variable  data. ASAE Paper. 93.3561:1-12.

33- Oliver,M.A and Webster,R. 2014. A tutorial guide to geostatistics: Computing and modelling variograms and kriging. Journal of Catena. 113: 56-69.

34- Raziei,T, Pereira,L.S. 2013. Spatial variability analysis of reference evapotranspiration in Iran utilizing fine resolution gridded datasets, Agricultural Water Management. 126: 104- 118.

35- Sousa,V and Pereira,L.S. 1999. Regional Analysis of Irrigatoin Water Requirement Using Kriging Application to Potato Crop (Solanum tuberosum L.) at Tras-os-montes. Journal of Agricultural Water Management. 40: 221-233.

36- Tong,L., Kang,S and Zhang,L. 2006. Temporal and spatial variations of evapotranspiration for spring wheat in the Shiyang river basin in northwest China, Agricultural water management. 87. 3: 241-250.

37- Weber,D and England,E. 1994. Evaluation and comparison of spatial interpolators II. Mathematical Geology. 26: 589-603.

38- Webster,R and Oliver,M.A. 2001. Geostatistics for environmental scientists. John Wiley and Sons, Chichester, England. 271 pp.

39- Yang,J., Liu,Q., Mei,X., Yan,C., Ju,H and Xu,J. 2013. Spatiotemporal Characteristics of Reference Evapotranspiration and Its Sensitivity Coefficients to Climate Factors in Huang-Huai-Hai Plain, China, Journal of Integrative Agriculture. 12.12: 2280-2291.