شبیه‌سازی رطوبت خاک توسط HYDRUS-1D در سامانه‌های آبیاری قطره‌ای زیر‌سطحی و سطحی در کشت گندم با استفاده از نتایج مدل‌ ET-HS

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

2 دانشیار گروه آبیاری، دانشکده کشاورزی، واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

3 دانشیار گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد. شهرکرد، ایران

4 استاد گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

5 دانشیار گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران

6 استادیار گروه کشاورزی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

در طراحی سامانه آبیاری قطره‌ای باید از نحوه توزیع و تغییرات رطوبت خاک اطلاع داشت که تعیین صحرایی آن پرهزینه و زمان‌بر است. هدف پژوهش حاضر برآورد نیاز آبی با مدل ET-HS در کشت خطی گندم تحت آبیاری قطره‌ای سطحی و زیرسطحی در منطقه خشک و نیمه خشک عملکرد مدل HYDRUS-1D در تخمین توزیع رطوبت بود. تیمارهای نصب قطره‌چکان در سه عمق صفر، 15 و 30 سانتی‌متری و اندازه‌گیری رطوبت در شش عمق خاک (10 تا60 سانتی‌متری) با چهار تکرار در دوسال متوالی در منطقه خشک و نیمه خشک اصفهان طراحی شد.. رطوبت خاک به‌صورت روزانه توسط رطوبت سنج مدل (Sentek Pty Ltd) Diviner 2000 اندازه‌گیری گردید. به کمک مدل ET-HS داده‌های تبخیر از خاک بدست آمد و در نرم‌افزار HYDRUS-1D استفاده شد. داده‌های شبیه‌سازی شده و مزرعه‌ای بر اساس شاخص‌های آماری مقایسه شدند. نتایج نشان داد در آبیاری قطره‌ای سطحی به‌جز عمق صفر تا 10 سانتی‌متری که ضریب تبیین ) R2 ( معادل 74/0 داشت، سایر عمق‌ها به نسبت دارای مقدار R2 بالایی بودند و بهترین انطباق داده‌های رطوبت در عمق 10 تا 20 سانتی‌متری خاک بدست آمد (93/0=R2). همچنین مقادیر شاخص ریشه میانگین مربعات خطا (RMSE) به‌جز در عمق نصب قطره‌چکان صفر (cm3/cm362/0) و 30 سانتی‌متری (44/0) در سایر عمق‌ها پایین بود. بیشترین میزان ضریب مقدار باقی مانده (CRM)، 008/0 و کمترین آن 0046/0- بدست آمد. با توجه به مطلوب بودن نتایج ارزیابی، می‌توان مدل HYDRUS را برای مدیریت بهینه آبیاری در کشت خطی گندم در مناطق خشک و نیمه خشک استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of Soil Water Distribution by HYDRUS- 1D Under Subsurface and Surface Drip Irrigation Systems in Wheat Cultivation Using the Results of ET-HS Model

نویسندگان [English]

  • Kamran Asgari 1
  • Payam Najafi 2
  • Sayyed-Hassan Tabatabaei 3
  • Shojae Ghorbani Dashtaki 4
  • Shahram Kiani 5
  • Negar Nourmahnad 6
1 Ph.D. Student, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
2 Associate Professor, Department of Irrigation, Faculty of Agriculture, Isfahan (Khorasgan) Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
3 Associate Professor, Department. of Water Engineering, Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
4 Professor, Department of Soil Science. Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
5 Associate Professor Department of Soil Science. Faculty of Agriculture, Shahrekord University, Iran
6 Assistant Professor, Department of Agriculture, Payame Noor University,Tehran, Iran
چکیده [English]

Water distribution and soil moisture changes are necessary to design the irrigation system that are costly and time consumer. This study aimed to estimate the performance of HYDRUS-1D model to estimate the distribution of soil moisture in the surface and subsurface drip irrigated in wheat cultivation using ET-HS model to estimate water demand in the arid region. A field experiment was conducted with three depth of emitter installation (0-15 and 30 cm) and moisture measurement at six soil depths (10 to 60 cm) with four repetitions for two consecutive years in arid and semi-arid areas of Isfahan. For this reason, Soil moisture was measured using soil moisture detector device (Diviner 2000) every day. Simulated and field data were compared on the basis of statistical indicators. The results showed that except in 0-10 cm with coefficient of determination (R2 = 0.74), other layers have high R2 value and best fit was at a depth of 10-20 (R2=0.93). The root mean square error (RMSE) index values were low except in the surface layer (0-10) with 0 and 30 cm depth of emitter. Highest and lowest values of coefficient of residual mass (CRM) was 0.008 and -0.0046, respectively. Based on aforementioned results of the evaluation, the model can be used for optimal management of irrigation in arid and semi-arid.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil moisture detector device
  • Arid and semi-arid region
  • Water movement in soil
  • Dropper

مراجع

احمدی مقدم، ز. و طباطبائی، س.ح. 1400. تعیین دقت دو مدل CDE و MIM با حل معکوس در انتقال آلودگی تری کلرواتیلن (TCE) در یک محیط متخلخل کربناته نشریه مهندسی عمران امیرکبیر. 53(1): 394-383.
پوریزدان خواه، ه.، خالدیان، م.، بیگلویی، م. و شاهین رخسار، پ. 1393. شبیه سازی رطوبت خاک تحت یک منبع خطی در خاک سنگین با استفاده از مدل HYDRUS-2D. نشریه پژوهش آب در کشاورزی. 28(3): 599-611.
خلیلی, م, اکبری, م, هزارجریبی, ا, ذاکری‌نیا, م, عباسی, ف. کولائیان, ع. 1395. مدل کردن نیمرخ رطوبتی در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی با استفاده ازHYDRUS-2D . نشریه آبیاری و زهکشی ایران,10(2):136-144.
عساکره، ح. 1384. تغییرات زمانی-مکانی بارش استان اصفهان در دهه های اخیر. مجله پژوهشی دانشگاه اصفهان. 18(1): 91-116.
قره شیخ بیات، م.، خالدیان، م.، بیگلویی، م. و شاهین رخسار، پ. 1394. شبیه‌سازی عددی رطوبت خاک در آبیاری قطره‌ای نواری زیرسطحی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 2(9): 252-261.
کریمی گوغری، ش.، ایراندوست، م. و حسینی نیا، م. 1390. شبیه سازی الگوی توزیع رطوبت در آبیاری قطره ای زیرسطحی در یک خاک شنی. مجله مهندسی منابع آب. 4: 49-60.
هنری مقصودی، م.، اشرف زاده، ا. و خالدیان، م. 1392. ارزیابی عملکرد مدل HYDRUS -2D/3D در شبیه‌سازی توزیع رطوبت در آبیاری قطره‌ای زیرسطحی ذرت. اولین همایش ملی بهینه‌سازی مصرف آب. دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
Alberta Agriculture and Forestry (AAF). 2019. Alberta Irrigation Information. Basin Water Management Section Irrigation and Farm Water Branch.
Bordovsky, J.P. and Porter, D.O. 2008. Effect of Subsurface Drip Irrigation System Uniformity on Cotton Production in the Texas High Plains. Applied Engineering in Agriculture. 24:465-72.
El-Nesr, M.N., Alazba A.A. and Simunek, J. D. 2014. HYDRUS simulations of the effects of dual-drip subsurface irrigation and a physical barrier on water movement and solute transport in soils. Irrigation Science.32:111–125.
Evett, S.R., Colaizzi, P.D., O’Shaughnessy, S.A., and Lamm, F.R. 2014. The future of irrigation on the U.S. Great Plains. In: Proceedings of the 26th Annual Central Plains Irrigation Conference, Burlington, CO, p. 24.
Feddes, R.A., Hoff, H., Bruen, M., Dawson, T., De Rosnay, P., Dirmeyer, P., Jackson, RB., Kabat, P., Kleidon, A., Lilly, A. and Pitman, A.J. 2001. Modeling root water uptake in hydrological and climate models. Bulletin of the American Meteorological Society 82: 2797– 809.
Feddes, RA., Kowalik, PJ. and Zaradny, H. 1978. Simulation of field water use and crop yield. Wiley, New York, NY.
Gardenas, A. I., Hpmans, J. W., Hanson, B. R. and Simunek, J. 2005. Two-dimensional modeling of nitrate leaching for various fertigation scenarios under micro-irrigation. Agricultural Water Management. 74(3): 219-242.
Kanda, E.K., Senzanje, A. and Mabhaudhi, T. 2020. Soil water dynamics under Moistube irrigation. Phys. Chem. Earth, Parts A/B/C. 115, 102836.
Kandelous, M., Kamai, T., Vrugt, J.A., Simunek, J. Hanson, B. and Hopmans, J.W. 2012. Evaluation of subsurface drip irrigation design and management parameters for alfalfa. Agricultural Water Management. 109:81-93.
Kang, S.Z., Liu, X.M. and Xiong, Y.Z. 1994. Theory of water transport in the soil-plant atmosphere continuum and its application. Pp: 147–149. China Water Resources and Hydro-Power Publication House, Beijing.
Li, Y., Simunek, J. Jing, L.D., Zhang, Z.  and Ni L. 2014. Evaluation of water movement and water losses in a direct-seeded-rice field experiment using Hydrus-1D. Agricultural Water Management. 142: 38–46.
Machado, R.M.A. and Oliveira, M.D.G. 2005. Tomato Root Distribution, Yield and Fruit Quality under Different Subsurface Drip Irrigation Regimes and Depths. Irrigation Science. 24:15-24.
Mosavizadeh, R., Tabatabaei, S. H., Nourmahnad, N. and Aras, S. 2021. Simulation of Runoff and Sediment in a Water Repellent Soil under Different Rainfall Intensity. Turkish Water and Soil Journal. Special Issue: 46-55.‏ https://doi.org/10.21657/topraksu.700846
Najafi, P. and Asgari, K. 2008. Forecasting crop water requirement by ET-HS Model for arid and semi-arid region of IRAN. 2end IFIP international conference on computer and computing technologies in agriculture. (CCTA2008), October 18th -20th, 2008, Beijing, P.R.China.
Najafi, P. and Tabatabaei, S. H. 2007. Effect of using subsurface drip irrigation and ET-HS model to increase WUE in irrigation of some crops. Irrigation and Drainage. 56(4): 477-486.
Er-Raki, S., Ezzahar, J., Merlin, O., Amazirh, A., Hssaine, B. A., Kharrou, M. H. and Chehbouni, A. 2021. Performance of the HYDRUS-1D model for water balance components assessment of irrigated winter wheat under different water managements in semi-arid region of Morocco. Agricultural Water Management, 244, 106546. ‏
Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A. and Deering, D.W. 1973. Monitoring Vegetation Systems in the Great Plains with ERTS. 3rd ERTS Symposium, NASA SP-351, Washington DC, 10-14 December: 309-317.
Shan, G., Sun,Y., Zhou, H. Lammers, P. S., Grantz, D. A., Xue, X. and Wang, Z. 2019. A horizontal mobile dielectric sensor to assess dynamic soil water content and flows: Direct measurements under drip irrigation compared with HYDRUS-2D model simulation. Biosystems Engineering. 179: 13-21. ‏
Simunek, J. D., Jacques, N., Twarakavi, C. and van Genuchten, M. 2009. Selected HYDRUS modules for modeling subsurface flow and contaminant transport as influenced by biological processes at various scales. Biologia. 64(3): 465–469.
Simunek, J., Sejna, M. and van Genuchten, M.Th. 1999. The HYDRUS-2D software package for simulating two-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variably saturated media. Version 2.0. Rep. IGCWMC TPS-53-251. Int. Ground Water Modeling Ctr., Colorado School of Mines, Golden.
Simunek, J. M., Sejna, H., Saito, M., Sakai and van Genuchten, M. Th. 2013. The Hydrus-1D software Package for Simulating the movement of water, heat, and multiple solutes in variably saturated media, Version 4.17, HYDRUS Software Series 3, Department of Environmental Sciences, University of California Riverside, Riverside, California, USA, 342 pp.
Simunek, J., van Genuchten, M.Th. and Sejna, M. 2006. The HYDRUS software package for simulating two- and three-dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variably-saturated media: Technical manual. Version 1.0. PC-Progress, Prague, Czech Republic. 213 pp.
Singh, D. K., Rajput, T.B.S., Singh, D. K., Sikawa, H.S., Sahoo, R.N. and Ahmad, T. 2006. Simulation of soil wetting pattern with subsurface drip irrigation from line source. Journal of Agricultural Water Management. 83:130-134.
Siyal, A.A. and Skages, T.H. 2009. Measured and simulated soil wetting patterns under porous clay pipe subsurface irrigation. Agricultural Water Management. 96:1587-1595.
Skaggs, T. H., Shouse, P. J. and Poss, J. A. 2006. Irrigating Forage Crops with Saline Waters: 2. Modeling Root Uptake and Drainage. Vadose Zone Journal. 5(3): 824-837.
Soulis, K.X., Elmaloglou, S. and Dercas, N. 2015. Investigating the effects of soil moisture sensors positioning and accuracy on soil moisture based drip irrigation scheduling systems. Agricultural Water Management. 148: 258–268.
Stone, K.C., Bauer, P.J. Busscher, W.J. and Millen, J.A.  2008. Narrow Row Corn Production with Subsurface Drip Irrigation. Applied Engineering in Agriculture. 24:455-64.
Van Genuchten, MTh. 1980. A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society American Journal. 44:892–898.
Tu, A., Xie, S., Mo, M., Song, Y. and Li, Y. 2021. Water budget components estimation for a mature citrus orchard of southern China based on HYDRUS-1D model. Agricultural Water Management. 243, 106426. ‏
Wang, X., Li, Y., Chau, H. W., Tang, D., Chen, J. and Bayad, M. 2021. Reduced root water uptake of summer maize grown in water-repellent soils simulated by HYDRUS-1D. Soil and Tillage Research. 209, 104925. ‏
Zhang, Q., Wang, S., Li, L., Inoue, M., Xiang, J., Qiu, G. and Jin, W. 2014. Effects of mulching and sub-surface irrigation on vine growth, berry sugar content and water use of grapevines. Agricultural Water Management. 143:1–8.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 15، شماره 4 - شماره پیاپی 88
مهر و آبان 1400
صفحه 980-991

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار