مقایسه مدل‌های AquaCrop وORYZA در شبیه‌سازی عملکرد، زیست‌توده و کارایی مصرف آب سه رقم برنج تحت مدیریت کشت مختلف

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 استادیار، بخش تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان خوزستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج‌کشاورزی،

چکیده

برنج یکی از مهم‌ترین منابع غذایی در جهان است که تولید آن تحت عواملی مانند شیوه کاشت و رقم مورد استفاده متغیر است. برای ارزیابی این عوامل، لازم است تحقیقات متعددی انجام شود که نیازمند صرف وقت و هزینه بسیار است. به‌همین دلیل می‌بایست برای شبیه‌سازی برنج از مدل‌های گیاهی که صحت‌سنجی شده‌اند، استفاده شود. برای دستیابی به این هدف، دو مدل رشد گیاهی AquaCrop وORYZA به‌منظور شبیه‌سازی عملکرد، زیست‌توده و کارایی مصرف آب برای گیاه برنج مورد ارزیابی قرار گرفتند. داده‌های مورد نیاز جهت انجام این پژوهش برگرفته از طرح تحقیقاتی اجرا شده در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان در ایستگاه شاوور می‌باشد. در این پژوهش، دو عامل روش کاشت و رقم برنج مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که روش نشایی بیشترین میزان مصرف آب را در بین سایر روش‌های کاشت داشت به‌طوری که میزان مصرف آب در این روش به ترتیب 27 و 38 درصد بیشتر از روش‌های مستقیم و خشکه‌کاری بود. در بین ارقام مورد استفاده، رقم چمپا بیشترین آب مصرفی را به خود اختصاص داد و به ترتیب 3 و 22 درصد افزایش آب مصرفی نسبت به رقم‌های عنبوری قرمز و دانیال داشت. دقت مدل AquaCrop برای تعیین عملکرد در دسته خوب (14/0NRMSE=) و دقت مدلORYZA در دسته عالی (08/0NRMSE=) قرار داشت. دقت مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی زیست‌توده و کارایی مصرف آب به ترتیب در دسته‌های عالی (07/0NRMSE=) و خوب (11/0NRMSE=) و دقت مدلORYZA برای تعیین این دو پارامتر به ترتیب در دسته‌های عالی (04/0NRMSE=) و عالی (03/0NRMSE=) قرار داشت. دقت مدل‌های AquaCrop و ORYZA در شرایط کاهش مصرف آب برای رقم دانیال به ترتیب به میزان 3 و 9 درصد کاهش یافت. براساس این نتایج، هر دو مدل گیاهی از دقت کافی برای شبیه‌سازی برنج برخوردار بودند؛ بنابراین استفاده از هر دو مدل گیاهی برای شبیه‌سازی برنج پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of AquaCrop and ORYZA in Simulating Yield, Biomass and Water Use Efficiency of Three Rice Cultivars under Different Cultivation Methods

نویسندگان [English]

  • Seyed Amir Hossein Mousavi 1
  • Aslan Egdernezhad 2
  • Abdolali Gilani 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 Assistant Professor, Seed and Plant Improvement Research Department, Khuzestan Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In order to simulate rice yield, biomass and water use efficiency using two crop models, AquaCrop and ORYZA, this research was conducted at Khuzistan Agricultrual Research Station. In this study, three types of cultivation (D1: transplanting, D2: current directs seeding consorted seeding, and D3: dry bed seeding) and rice cultivars (V1: Red-Anbori, V2: Champa, V3: Danial) were considered. Results showed that AquaCrop model had acceptable accuracy for simulation of rice yield based on MBE (0.36 ton.ha-1), RMSE (1.07 ton.ha-1) and NRMSE (0.14) values. Above mentioned values for ORYZA were 1.07 ton.ha-1, -0.06 ton.ha-1 and 0.14, respectively. RMSE, MBE and NRMSE values for biomass simulated by AquaCrop were 1.20 ton.ha-1, 0.07 ton.ha-1 and 0.32, respectively. The mentioned values for biomass simulated by ORYZA were 0.69 ton.ha-1, 0.04 ton.ha-1 and -0.22, respectively. NRMSE for biomass simulated by AquaCrop and ORYZA were 0.22 and -0.22, respectively. MBE, RMSE and NRMSE values for water use efficiency simulated by AquaCrop for -0.11 kg.m-3, 0.4 kg.m-3 and 0.15, respectively. Those values for water use efficiencies simulated by ORYZA were -0.03 kg.m-3, 0.4 kg.m-3 and -0.13, respectively. MBE, RMSE and NRMSE values for water use efficiency simulated by AquaCrop were -0.11 kg.m-3, 0.4 kg.m-3 and 0.15, respectively. Those values for water use efficiency simulated by ORYZA were -0.03 kg.m-3, 0.4 kg.m-3 and -0.13, respectively. Regarding the results, it is recommended to use ORYZA model for simulation of rice yield, biomass and water use efficiency.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Crop Modeling
  • Danial Cultivar
  • Dry Bed Seeding
  • Red Anburi Rice
  • Transplanting

مراجع

ابراهیمی پاک، ن. ع.، احمدی، م.، اگدرنژاد، ا. و خاشعی سیوکی، ع. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد زعفران تحت سناریوهای مختلف کم‌آبیاری و مصرف زئولیت. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 8(1): 117-132.
ابراهیمی‌راد، ح.، بابازاده، ح.، امیری، ا. و صدقی، ح. 1397. اثر تراکم کاشت و مدیریت آبیاری بر عملکرد و اجزای عملکرد برنج در منطقه کوشال لاهیجان، استان گیلان. تحقیقات آب و خاک ایران. 49(2): 383-377.
احمدی، م.، قنبرپوری، م. ع. و اگدرنژاد، ا. 1400. مقدار آب کاربردی گندم با استفاده از تحلیل حساسیت و ارزیابی مدل AquaCrop. نشریه مدیریت آب در کشاورزی. 8(1): 15-30.
اعلایی‌بازکیایی، پ.، کامکار، ب.، امیری، ا.، کاظمی، ح.، رضایی، م. و اکبرزاده، س. 1398. شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری مصرف آب در کشت برنج تحت شرایط مدیریت آبیاری و تاریخ کاشت با مدل AquaCrop. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، 9(2): 33-17.
اگدرنژاد، ا.، ابراهیمی پاک، ن. ع.، تافته، آ. و احمدی، م. 1397. برنامه‌ریزی آبیاری کلزا با استفاده از مدل AquaCrop در دشت قزوین. نشریه مدیریت آب در کشاورزی, 5(2): 53-64.
امیری، ا.، رضایی، م. و شیرشاهی، ف. 1398. عملکرد مدل AquaCrop در شرایط مدیریت تنش شوری و خشکی برنج. نشریه مدیریت آب در کشاورزی. 6(1): 22-13.
امیری‌لاریجانی، ب.، طهماسبی سروستانی، ز.، نعمت‌زاده، ق.، امیری، ا. و اصفهانی، م. 1390. شبیه‌سازی مراحل نمو فیزیولوژیک و طول دوره رشد سه رقم برنج در سنین مختلف گیاهچه با استفاده از مدل ORYZA 2000. نشریه علوم زراعی ایران. 13(3): 480-466.
پورغلام آمیجی، م.، لیاقت، ع. م. و خوش‌روش، م. 1399. ارزیابی مدل AquaCrop در تخمین عملکرد برنج تحت کشت آبیاری تناوبی. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران. 11(41): 320-305.
گیلانی، ع. ع. و آبسالان، ش. 1394. مقایسه روش خشکه‌کاری با شیوه‌های رایج کاشت ارقام برنج از نظر میزان آب مصرفی. مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان. 22 صفحه
رضایی، گ.، خالدیان، م. ر.، کاوسی کلاشمی، م. و رضایی، م. 1400. ارزیابی شاخص‌های بهره‌وری آب در استان‌های عمده تولید کننده برنج در ایران. نشریه آبیاری و زهکشی. 3(15): 644-636.
مومن‌زاده، س. ف.، قلی‌پوری، ع.، آل‌ابراهیم، م. ت. و امیری، ا. 1401. ارزیابی مدل ORYZA 2000 برای پیش‌بینی تولید ارقام برنج تحت مدیریت آبیاری غرقاب و تنش خشکی. نشریه آبیاری و زهکشی. 1(16): 229-217.
Aalaee Bazkiaee, P., Kamkar, B.,Amiri, E., Kazemi, H., Rezaei, M. and Akbarzadeh, S. 2020, Simulation of growth and yield and evaluation of rice production productivity under irrigation management and planting date using AquaCrop model, Water and Soil Resources Conservation. 9(2): 17-34.
Bouman, B. A. M. and van Laar, H. H. 2006. Description and evaluation of the rice growth model ORYZA2000 under nitrogen-limited conditions. Agricultural System. 87: 249-273.
Bouman, B. A. M., Krop, M. J., Tuong, T. P., Wopereis, M. C. S., Ten Berge, H. F. M. and van Laar, H. H. 2001. ORYZA2000: Modelling Lowland Rice. International Rice Research Institute, Wageningen University and Research Centre. Los Ban os. Philippines. Wageningen. The Netherlands. 
Cao, B., Hua, Sh., Ma, Y., Li, B., and Sun, Ch. 2017. Evaluation of ORYZA 2000 for simulating rice growth of different genotypes at two latitudes. Agronomy. 106(6): 2613-2629.
Cui, Z.L.; Zhang, H.Y.; Chen, X.; Zhang, C.; Ma, W.; Huang, C.; Zhang, W.; Mi, G.; Miao, Y.; Li, X.; et al. 2018. Pursuing sustainable productivity with millions of smallholder farmers. Nature. 555: 363–366.
Drenth, H., ten Berge F. F. M. and Riethoven, J. J. M. 1994. ORYZA simulation modules for potential and nitrogen limited rice production. SARP Research Proceedings. Wageningen. The Netherlands.
Driessen, P. M. 1986. The water balance of the soil. In: van Keulen, H. and Wolf, J. (Eds.) Modelling of agricultural production: weather, soils and crop. Simulation Monographs. Pudoc. Wageningen. The Netherlands.
FAO, 2017. FAOSTAT. Statistical Databases. Food and Agriculture Organization of the United Nations. http:/ www.fao.org.
Farahani H. J., Izzi G., Steduto P. and Oweis T Y 2009. Parameterization and evaluation of AquaCrop for full and deficit irrigated cotton. Agronomy. 101: 469-476.
Garcia-Vila M., Fereres E., Mateos L., Orgaz F and Steduto P 2009. Deficit irrigation optimization of cotton with AquaCrop. Agronomy. 101: 477-487.
Geerts S., Raes D., Garcia M., Miranda R. and Cusicanqui J.A 2009. Simulating yield response to water of quinoa (Chenopodium quinoaWilld.) with FAO-AquaCrop. Agronomy. 101: 499-508.
Geerts, S. and Raes, D. 2009. Defecit 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 Journal. 101(3):488-498.
Hsiao, T.C., Heng, L., Steduto, P., Rojas-Lara, B., Raes, D. and Fereres, E. 2009. AquaCrop-The FAO crop model to simulate yield response to water: III. Parameterization and testing for maize. Agronomy Journal. 101(3): 448-459.
IRRI 2008. Background Paper: The Rice Crisis: What Needs to Be Done? IRRI, Los Baños, Philippines.
Kropff, M. J., van Laar, H. H. and Matthews R. B. (Eds.). 1994. ORYZA1: an ecophysiological model for irrigated rice production. SARP Research Proceedings. Wageningen. The Netherland.
 Li, T., Angeles, O., Marcaida, M., Manalo, E., Manalili, M. P., Radanielson, A. and Mohantry, S., 2017. From Oryza 2000 to Oryza (v3): an improved simulation model for rice in drought and nitrogen-deficient environment, Agricultural and Forest Meteorology. 237-238: 246-256.
Maniruzzaman, M., Talukder, M.S.U., Khan, M.H., Biswas, J.C. and Nemes, A. 2015. Validation of the AquaCrop model for irrigated rice production under varied water regimes in Bangladesh. Agricutrual Water Management. 159: 331-340.
Pirmoradian, N. and Davatgar, N. 2019. Simulation the effects of climatic fluctuation on rice irrigation water requirement using AquaCrop, Agricultural Water Management. 213 (1): 97-106.
Raes, D., Steduto, P., Hsiao, T.C. and Fereres, E. 2009. AquaCrop— the FAO crop model to simulate yield response to water II. Main algorithms and software description. Agronomy Journal. 101:438–447.
Saadati, Z.N. Pirmoradianand M. Rezaei. 2011. Calibration and evaluation of AquaCrop model in rice growth simulation under different irrigation managements. 21th International Congress on Irrigation and Drainage, October19-23, 2011, Tehran, Iran. 589-600.
Sharma, P. K., Ladha, J. K. and Bhushan, L. 2003. Soil physical effects of puddling in rice-wheat cropping systems. In “Improving the Productivity and Sustainability of Rice-Wheat Systems: Issues and Impacts” (J. K. Ladha, J. E. Hill, J. M. Duxbury, R. K. Gupta, and R. J. Buresh, Eds.), pp. 97–113. ASA, CSSA, SSSA, Madison, WI, ASA Special Publication 65.
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: 1615-1621.
Todorovic, M., Albrizio, R., Zivotic, L., Abisaab, M. and Stwckle C 2009. Assessment of AquaCrop, CropSyst and WOFOST models in the simulation of sunflower growth under different water regimes. Agronomy. 101: 509-521.
Wopereis, M. C. S. Bouman, B. A. M., Tuong, T. P., ten Berge, H. F. M. and Kropff, M. J. 1996. ORYZA_W: rice growth model for irrigated and rainfed environments. SARP Research Proceedings. Wageningen. The Netherlands.
Yuan, Sh., Peng, Sh., Li, T. 2017. Evaluation and application of the ORYZA rice model under different crop managements with high-yielding rice cultivars in central China. Field Crop Research. 212: 115-125.
Zhai, B., Fu, Q., Li, T., Liu, D., Ji, Y., Li, M. and Cui, S. 2019. Rice irrigation schedule optimization based on the AquaCrop model: study of the Longtouqiao irrigation district, Water. 11(9): 1799
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 16، شماره 6 - شماره پیاپی 96
بهمن و اسفند 1401
صفحه 1066-1081

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار