در پیشبینی مولفه های بیلان نیتروژن در فصل CERES-Rice ارزیابی کارایی مدل کشت برنج در شالیزارهای مجهز به زهکشی زیرزمینی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دوره کارشناسی ارشد مهندسی آبیاری و زهکشی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

2 استادیار گروه مهندسی آب، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 استادیار گروه زراعت مجتمع آموزش عالی تربت جام

چکیده

مدل­های شبیه­ساز گیاهی ابزارهای مناسبی برای پیش­بینی سریع و کم­هزینه­ی اثرات تغییرات مدیریتی و ساختاری بر سیستم­های کشاورزی می­باشند. در این تحقیق، قابلیت مدل CERES- Rice برای پیش­بینی تلفات نیتروژن در شالیزارهای مجهز به سه نوع سیستم زهکشی زیرزمینی با عمق 9/0 متر و فاصله 30 متر (D0.9L30)، عمق 65/0 متر و فاصله 30 متر (D0.65L30) و عمق 65/0 متر و فاصله 15 متر (D0.65L15) ارزیابی شد. در دوره­های زهکشی میان­فصل طی دو فصل کشت متوالی برنج (1391-1390)، میزان تلفات نیتروژن از سیستم­های مختلف زهکشی اندازه­گیری شد. همچنین، مراحل فنولوژیکی گیاه و میزان عملکرد برنج تعیین شد. عملکرد مدل در دوره واسنجی (1390) و صحت‌سنجی (1391) با استفاده از کارایی مدل، شاخص توافق و جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده بررسی شد. مقدار این شاخص­ها در هر دو مرحله واسنجی و صحت­سنجی، در محدوده قابل قبولی قرار داشت که نشان­دهنده کارایی مناسب مدل برای شبیه­سازی شاخص­های رشد و عملکرد برنج در تیمارهای مورد مطالعه می­باشد. در طول دو فصل کشت، مجموع تلفات واقعی نیتروژن در سیستم­های D0.9L30، D0.65L30 و D0.65L15 به ترتیب 4/15، 24 و 8/20 کیلوگرم در هکتار و مقادیر شبیه‌سازی‌شده متناظر آن‌ها 7/5، 6 و 3/4 کیلوگرم در هکتار بود. میزان جذب واقعی و شبیه‌سازی‌شده نیتروژن توسط برنج در تیمارهای مختلف، به ترتیب در محدوده 4/181- 2/115 و 99- 7/71 کیلوگرم در هکتار قرار داشت. بر اساس نتایج، پیش­بینی دقیق مولفه‌های بیلان نیتروژن به­وسیله مدل CERES-Rice، مستلزم بهبود قابلیت مدل برای در نظر گرفتن عوامل اساسی موثر بر این مولفه‌ها در شرایط مورد مطالعه می­باشد.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Performance Assessment of CERES-Rice Model for Predicting Nitrogen Balance Components During Rice Growing Season in Subsurface- Drained Paddy Fields

نویسندگان [English]

  • Hasan Alinejad 1
  • Abdullah Darzi-Naftchali 2
  • Eeyed Farhad Saberali 3
1 MSc student, Sari Agricultural Science and Natural Resources University
2 Assistant Professor, Sari Agricultural Science and Natural Resources University
3 Assistant Professor, Torbat-e Jam Educational Complex
چکیده [English]

Crop simulation models are suitable tools for quick- low cost prediction of the effects of structural and managerial changes on agricultural systems. In this research, the capability of CERES- Rice model to predict nitrogen (N) losses was investigated in paddy fields under 3 subsurface drainage systems with 0.9 m drain depth and 30 m drain spacing (D0.9L30), 0.65 m drain depth and 30 m drain spacing (D0.65L30) and 0.65 drain depth and 15 m drain spacing (D0.65L15). During drainage periods of two successive growing seasons of rice (2011- 2012), the losses of N from different drainage systems were measured. The time of phenological changes and rice yield were also determined. The model performance during calibration (2011) and validation (2012) was determined using the model efficiency, index of agreement and normalized root mean square error. The indices were in the acceptable range in both the calibration and validation stages indicating the effectiveness of the model to simulate growth and yield of rice in the studied treatments. During the two growing seasons, the total measured losses of N in the D0.9L30, D0.65L30 and D0.65L15 systems were, respectively, 15.4, 24 and 20.8 kg ha-1 and the corresponding simulated losses were 5.7, 6 and 4.3 kg ha-1, respectively. Measured and simulated N uptakes by rice were in the range of 115.2- 181.4 kg ha-1and 71.7- 99 kg ha-1, respectively, in the different treatments. Based on the results, accurate prediction of N balance components by CERES- Rice requires basic factors affecting these components in the study condition be considered in the model.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rice
  • DSSAT model
  • Nitrogen use efficiency
  • Nitrification
  • Denitrification
بخت فیروز،ع. 1390. بررسی اثر سامانه­های زهکشی بر گسیل گاز متان و دی‌اکسیدکربن از شالیزارها. پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، 50 صفحه.

درزی نفت­چالی،ع.، میرلطیفی،س.م.، شاه­نظری، ع.، اجلالی،ف. و مهدیان،م.ح.  1392. تاثیر زهکشی سطحی و زیرزمینی بر تلفات نیتروژن از اراضی شالیزاری در فصل کشت برنج. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 3. 7. 305-294.

زارع ابیانه،ح.، نوری،ح.، لیاقت،ع،. کریمی،و.، نوری،ح. 1390. واسنجی آب­شویی نیترات و نوسانات سطح ایستابی در زمین‌های شالیزاری با استفاده از نرم‌افزار DRAINMOD. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، نشریه علوم آب ‌و خاک. 57: 63-49.

معاونت برنامه‌ریزی و نظارت راهبردی رییس‌جمهور 1388. نشریه شماره 2-471. مبانی و ضوابط طراحی، تجهیز و نوسازی اراضی شالیزاری، جلد دوم، آبیاری،206 صفحه.

Asadi,E., Roberto,S. 2003. Evaluation of CERES-Maize of DSSAT model to simulate nitrate leaching, yield and soil moisture content under tropical conditions. Journal of Food Agriculture and Environment. 1: 270-276.

Birgand,F., Faucheux,C., Gruau,G., Augeard,B., Moatar,F., Bordenave,P. 2010. Uncertainties in assessing annual nitrate loads and concentration indicators: Part 1. Impact of sampling frequency and load estimation algorithms. Transactions of the ASABE. 53: 437-446.

Darzi-Naftchali,A., Mirlatifi,S.M., Shahnazari,A., Ejlali,F., Mahdian,M.H. 2013. Effect of subsurface drainage on water balance and water table in poorly drained paddy fields. Agricultural Water Management, 130: 61– 68.

Dong, N.M., Brandt, K.K., Sørensen,J., Hung,N.N., Hach,C.V., Tan,P.S., Dalsgaard,T. 2012. Effects of alternating wetting and drying versus continuous flooding on fertilizer nitrogen fate in rice fields in the Mekong Delta, Vietnam. Soil Biology and Biochemistry. 47: 166-174.

FAO. 2014. Fao statistical year book, Food and Agriculture Organization of the United Nations, Rome.

Garrison,M.V., Batchelor,W.D., Kanwar,R.S., Ritchie,J.T. 1999. Evaluation of the CERES-Maize water and nitrogen balances under tile-drained conditions. Agricultural Systems. 62: 189-200.

Guerra,L.C., Bhuiyan,S.I., Tuong,T.P., Barker,R. 1998. Producing more rice with less water from irrigated systems. Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute (IWMI). v, 24p. (SWIM paper 5) doi: http://dx.doi.org/10.3910/2009.370.

Hashim,M.M., Yusop, M.K., Othman,R., Wahid,S.A. 2015. Characterization of Nitrogen Uptake Pattern in Malaysian Rice MR219 at Different Growth Stages Using 15N Isotope. Rice Science. 22.5: 250−254.

Jeffrey,A., Kaplan,I., Zhang,D., Shan-Tan,S.T., Nielsen,J. 2002. Environmental tracers: identifying the sources of nitrate contamination in groundwater. Soil Sed Waters. 6: 15-20.

Jones,J.W., Hoogenboom,G., Porter,C.H., Boote,K.J., Batchelor,W.D., Hunt,L.A. Wilkens,P.W., Singh,U., Gijsman,A.J., Ritchie,J.T. 2003. The DSSAT cropping system model. European Journal of Agronomy. 18: 235-265.

Legates,D.R., McCabe,G.J., 1999. Evaluating the use of “goodness‐of‐fit” measures in hydrologic and hydroclimatic model validation. Water resources research. 35: 233-241.

Liu,H.L., Yang,J.Y., Tan,C.S., Drury,C.F. Reynolds,W.D., Zhang,T.Q. Bai,Y.L., Jin,J., He,P., Hoogenboom,G. 2011. Simulating water content, crop yield and nitrate-N loss under free and controlled tile drainage with subsurface irrigation using the DSSAT model. Agricultural Water Management. 98: 1105-1111.

Loague,K., Green,R.E. 1991. Statistical and graphical methods for evaluating solute transport models: overview and application. Journal of contaminant hydrology. 7: 51-73.

Negm,L.M., Youssef,M.A., Skaggs,R.W., Chescheir,G.M., Kladivko,E.J. 2014a. DRAINMOD-DSSAT Simulation of the Hydrology, Nitrogen Dynamics, and Plant Growth of a Drained Corn Field in Indiana. Journal of Irrigation and Drainage Engineering 140: 04014026.

Negm,L.M., Youssef,M.A., Skaggs,R.W., Chescheir,G.M., Jones,J. 2014b. DRAINMOD–DSSAT model for simulating hydrology, soil carbon and nitrogen dynamics, and crop growth for drained crop land. Agricultural Water Management. 137: 30-45.

Pathak,H., Timsina,J., Humphreys,E., Godwin,D.C., Shukla,A.K., Singh,U., Matthews,R.B. 2004. Simulation of rice crop performance and water and N dynamics, and methane emissions for rice in northwest India using CERES Rice model. Technical Report. CSIRO Land and Water. No 23/04, P: 111.

Petersen,J., Thomsen,I.K., Mattsson,L., Hansen,E.M., Christensen,B.T. 2010. Grain yield and crop N offtake in response to residual fertilizer N in long-term field experiments. Soil Use Management. 26:455–464.

Reddy,K.R., Patrick,W.H., Broadbent,F.E., 1984. Nitrogen transformations and loss in flooded soils and sediments. Critical Reviews in Environmental Science and Technology. 13: 273-309.

Sau,F., Boote,K.J., Bostick,W.M.N., Jones,J.W., Mínguez,M.I., 2004. Testing and improving evapotranspiration and soil water balance of the DSSAT crop models. Agronomy Journal. 96: 1243-1257.

Skaggs,R.W. 1980. Drainmod Reference Report, Methods for Design and Evaluation of Drainage Water Management Systems for Soils With High Water Tables,  USDA, SCS, North Carolina State University, Raliegh, p. 185.

Tan,X., Shao,D., Liu,H., Yang,F., Xiao,C., Yang,H. 2013. Effects of alternate wetting and drying irrigation on percolation and nitrogen leaching in paddy fields. Paddy and Water Environment. 11: 381-395.

Vilayvong,S., Banterng,P., Patanothai,A., Pannangpetch,K. 2012. Evaluation of CSM-CERES-Rice in simulating the response of lowland rice cultivars to nitrogen application. Australian Journal of Crop Science. 6: 1534-1541.

Wagenet,R.J., Hutson,J.L., 1989. LEACHM: Leaching Estimation and Chemistry Model: A process based model of water and solute movement transformations, plant uptake and chemical reactions in the unsaturated zone. Continuum Vol 2 Version 2 Water Resources Inst, Cornell Univ Ithaca, NY.

Xing,G.X., Zhu,Z.L. 2000. An assessment of N loss from agricultural fields to the environment in China. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 57: 67-73.

Yang,L., Huang,J., Zhao,L., Huang,Z., 2009. Experimental study on the distribution of soil nitrate and ammonium nitrogen under controlled drainage. Wuhan University Journal of Natural Sciences .14: 532-536.

Zhou,S., Sakiyama,Y., Riya,S., Song,X., Terada,A., Hosomi,M. 2012. Assessing nitrification and denitrification in a paddy soil with different water dynamics and applied liquid cattle waste using the 15N isotopic technique. Science of the Total Environment. 430: 93–100.