نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد گیاه کینوا در شرایط تنش شوری و کم‌آبی (در شرایط آب و هوایی اهواز)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سعید زندی 1
منا گلابی 2
سعید برومند نسب 3
1 گروه آموزشی آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز
2 گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، خوزستان، ایران
3 استاد گروه آبیاری وزهکشی، دانشکده مهندسی علوم آب، دانشگاه شهید چمران اهواز.
چکیده
مدل AquaCrop یکی از مدل‌های کاربردی بوده که به‌منظور شبیه‌سازی تغییرات عملکرد در مدیریت‌های مختلف آب‌وخاک به‌کار گرفته می‌شود.

پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر متقابل تنش‌های شوری و ‌آبی و استفاده از زه‌آب کشاورزی برای آب آبیاری گیاه کینوا و شبیه‌سازی عملکرد آن با مدل AquaCrop طی سال های 1401 و 1402 در در مزرعه آزمایشی دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست دانشگاه شهید چمران اهواز انجام شد. آزمایش در قالب طرح کرت‌های خردشده با طرح پایه بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار انجام شد. تیمار اصلی تنش شوری شامل سطوح شوری 2، 10، 15 و 20 دسی‌زیمنس بر متر و تیمار فرعی تنش آبی شامل سطوح آبیاری کامل، آبیاری 80 و 60 درصد نیاز آبی گیاه بود

نتایج نشان داد بیشترین و کمترین میزان عملکرد دانه به‌ترتیب در فصل پاییز و 45/5 و 8/1 و در فصل بهار 87/3 و 73/0 تن در هکتار به‌طور مشابه در تیمار S1I1 (شوری 2 دسی‌زیمنس بر متر و آبیاری کامل) و S4I3 (شوری 20 دسی‌زیمنس بر متر و 60 درصد نیاز آبی گیاه)به‌دست آمد. بررسی نتایج آماری نشان داد که مدل Aquacrop در مرحله واسنجی با مقادیر NRMSE کمتر از 2/0 دارای دقت قابل قبولی در شبیه‌سازی عملکرد کینوا بود. شاخص‌‌های آماری EF، R2 و d در مرحله صحت‌سنجی(70/0، 88/0 و 97/0 در فصل پاییز و 74/0، 85/0 و 97/0 در فصل بهار) مدل با مقادیر نزدیک به یک بیانگر دقت مناسب مدل در شبیه‌سازی مقدار عملکرد دانه بود؛ اما دقت مدل در شبیه‌سازی عملکرد دانه در فصل پاییز در مرحله صحت‌سنجی با مقادیر NRMSE، EF، R2 و d به ترتیب برابر 18/0، 75/0، 74/0 و 83/0 کمتر از دقت مدل در شبیه‌سازی عملکرد دانه در فصل بهار بود. به‌طورکلی می‌توان این‌چنین نتیجه گرفت که مدل AquaCrop دقت قابل قبولی در شبیه‌سازی عملکرد کینوا در شرایط تنش شوری و تنش ‌آبی دارد.
کلیدواژه‌ها
زه‌آب کشاورزی
شبیه‌سازی عملکرد
شورورزی
مدل‌سازی

عنوان مقاله English

Evaluation of AquaCrop Model to Simulate Quinoa Crop Performance under Salinity and Water Stress Conditions ( under Ahvaz Climatic Conditions)

نویسندگان English

saeed zandi 1
Mona Golabi 2
Saeid Boroomand Nasab 3
1 Department of Irrigation and Drainage, Faculty of Water Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz
2 Associate Professor of Irrigation and Drainage Department,, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 Professor, Faculty of Water Sciences Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Iran
چکیده English

To determine optimal irrigation management and crop yield, the use of simulation models is an appropriate tool. AquaCrop is one of the practical models used for simulating yield variations under different water and soil management scenarios. This study investigates the interactive effects of salinity and water stress, as well as the utilization of drainage water irrigation, on the yield of quinoa and to simulate it using the AquaCrop model in an experimental field in the Faculty of Water and Environmental Engineering of Shahid Chamran University of Ahvaz in 2022-2023. This experiment was based on a system of split-plot experiment with a randomized, complete block design with three replications. The four salinity levels tested were 2, 10, 15, and 20 dS/m, and three irrigation regimes used were full irrigation, 80% of crop water requirement, and 60% of crop water requirement . The results indicated that the highest and lowest grain yields were 5.45 and 1.8 t/ha in autumn and 3.87 and 0.73 t/ha in spring, respectively, in treatments S1I1 and S4I3 .

Various statistical analysis showed that the AquaCrop model had an acceptable accuracy in simulating quinoa yield, with NRMSE values less than 0.2 during the calibration phase. The statistical indices EF, R2, and d during the model validation phase (0.70, 0.88, and 0.97 in autumn and 0.74, 0.85, and 0.97 in spring) approached one, indicating adequate model accuracy in simulating grain yield. However, the model's accuracy in simulating grain yield during autumn in the validation phase with NRMSE, EF, R2, and d values of 0.18, 0.75, 0.74, and 0.83, respectively, was lower than its accuracy in simulating grain yield during spring seasons. Overall, the AquaCrop model exhibited acceptable accuracy in simulating quinoa yield under salinity and water stress conditions.

کلیدواژه‌ها English

: Agricultural drainage water
Modeling
Salinized agriculture
Yield simulation
امداد،م.، تافته،آ. و ابراهیمی پاک،ن. 1401. کارایی مدل آکواکراپ در شبیه‌سازی عملکرد کینوا در مدیریت‌های مختلف کم‌آبیاری. مجله آب وخاک. 36(3): 319-331.
بهادر خواه، ف. و کاضمینی، س. ع. 1393. اثر شوری و روش کاشت بر عملکرد، اجزای عملکرد و درصد روغن دانه دو رقم گلرنگ(Carthamustinctorius L) بهاره. نشریه پژوهشهای زراعی ایران. 12 (2): 272-264.
بیرامی، ح.، پرویزی، ح.، پرنیان، ا. و حاتمی، ح. 1403. اثر سطوح مختلف رطوبتی و شوری بر برخی صفات مورفولوژیک و عملکرد کینوا (Chenopodium quinoa Willd.) در شرایط مزرعه‌ای. مهندسی زراعی 47(1): 111-127.
توکلی، ع.، لیاقت، ع. و علیزاده، ا. 1392. بررسی موازنه آب خاک، تاریخ کاشت و عملکرد گندم با استفاده از مدل AquaCrop در شرایط دیم و آبیاری محدود. تحقیقات مهندسی صنایع غذایی، 14(4): 41-56.
حسینی، س. ط.، خوش روش، م.، ضیاتبار احمدی، م. و  قدمی فیروزآبادی، ع. 1395. ارزیابی عملکرد سویا با مدل AquaCrop تحت تاثیر مدیریت شوری و کم‌آبیاری. پژوهش آب در کشاورزی، 30 (3): 361-372.
حیدری­نیا، م.، برومندنسب، س،.  ناصری، ع. و الباجی، م.1396. ارزیابی مدل AquaCrop در تخمین عملکرد ذرت و شوری خاک تحت شرایط مدیریت‌های مختلف زراعی و آبیاری با آب‌شور. تحقیقات آب‌وخاک ایران، 48(1): 49-61.
خرسند، ا.، وردی نژاد، و.ر. و شهیدی، ع.1393. ارزیابی عملکرد مدل AquaCrop در پیش بینی عملکرد گندم، رطوبت و شوری نیمرخ خاک تحت تنش های شوری و کم‌آبی. مدیریت آب و آبیاری، 4(1): 89-104.
دره­کی، غ.، زمانی، غ. و سیاری،م .1396. بررسی اثر تنش شوری بر عملکرد و اجزای عملکرد نخود (Cicer arietinum L.) رقم آزاد. پژوهش های حبوبات ایران، 9(1):68-57.
سیلسپور، م.1400. اثر سطوح مختلف شوری آب بر ویژگی‌های جوانه‌زنی دو رقم کینوا (Chenopodium quinoa Willd). پژوهش آب در کشاورزی. 35(3): 301-287. doi: 10.22092/jwra.2021.355073.877
علیار، س.، علی اصغرزاد، ن.، دباغ محمدی نسب، ع و اوستان، ع. 1401. اثر قارچ اندوفیت سیرندیپیتا ایندیکا بر خصوصیات رشدی و تغذیه گیاه کینوا تحت تنش شوری, زیست شناسی خاک.10(1): 20-1.
گلابی، م.، لک، ش.، گیلانی، ع.، علوی فاضل، م. و اگدرنژاد، ا. 1402. شبیه‌سازی عملکرد و زیست توده کینوا تحت مدیریت‌های مختلف زراعی با استفاده از مدل  AquaCrop. تحقیقات علوم زراعی در مناطق خشک، 5(2): 447-464 .
محمدی، م.، قهرمان، ب.، داوری، ک.، انصاری، ح. و شهیدی، ع. 1394. اعتبار سنجی مدل AquaCrop به‌منظور شبیه‌سازی عملکرد و کارایی مصرف آب گندم زمستانه تحت شرایط همزمان تنش شوری و خشکی. نشریه آب‌وخاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 29(1): 67-84 .
مختاران، ع.، طاووسی، م.، ورجاوند، پ.، و سپهری صادقیان، س. 1399. بررسی اثرات استفاده از زهاب مزارع نیشکر جنوب خوزستان در کشت گیاه کینوا بر عملکرد محصول و تغییرات شوری و سدیمی خاک. نشریه پژوهش آب در کشاورزی،34(3): 337-354.
مسکینی ویشکایی، ف.، تافته، آ.، جعفرنژادی، ع.، و گوشه، م. 1401. بررسی اثر تنش کم‌آبی دوره ای بر عملکرد گیاه کینوا و تعیین تابع تولید آب مصرفی-عملکرد آن در خاک شور (مطالعه موردی: استان خوزستان). نشریه آبیاری و زهکشی ایران 6(16): 1255-1265.
مهر آذر، آ.، سلطانی، ج. و رحمتی، ا. 1395. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‎سازی عملکرد ذرت (Zea mays L) تحت شرایط تنش شوری. آب‌وخاک، 30(5): 1426-1439.
Alvar-Beltrán. J., Gobin. A., Orlandini. S. and Dalla Marta. A. 2021. AquaCrop parametrisation for quinoa in arid environments. Italian Journal of Agronomy. 16(1). https://doi.org/10.4081/ija.2020.1749.
Bois. J.F., Winkel. T., Lhomme. J.P., Raffaillac, J.P. and Rocheteau. A. 2006. Response ofsome Andean cultivars of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) to temperature:effects on germination, phenology, growth and freezing. European Journal of Agronomy. 25(4): 299–308.
Bouras. H., Choukr-Allah. R., Amouaouch. Y., Bouaziz. A., Devkota. K. P,. El Mouttaqi. A. and Hirich. A . 2022. How Does Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) Respond to Phosphorus Fertilization and Irrigation Water Salinity?. Plants, 11(2), 216.
Cocozza. C., Pulvento, C., Lavini. A., Riccardi. M.. d’Andria. R. and Tognetti. R. 2013. Effects of Increasing Salinity Stress and Decreasing Water Availability on Ecophysiological Traits of Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) Grown in a MediterraneanType Agroecosystem. Journal of Agronomy and Crop Science 199(4): 229-240.
Cai. Z. Q. and Gao. Q. 2020. Comparative physiological and biochemical mechanisms of salt tolerance in five contrasting highland quinoa cultivars. BMC Plant Biology. 20(1): 1-15.
Doorenbos. J. and Kassam. A. H. 1979. Yield response to water. Irrigation and Drainage.Paper, No. 33. FAO, Rome.
Geerts. S. D.,Raes. M., Gracia. R., Miranda. J. A., Cusicanqui,C.,  Taboada. J., Mendoza. R.. Huanca. A., Mamani. O., Condori. J., Mamani. B., Morales, V. and Osco. P. 2009. Simulating yield response of Quinoa to water availability with AquaCrop. Agronomy Journal. 101(3): 499-508.
Hariadi. Y., Marandon. K., Tian. Y., Jacobsen. S.E. and Shabala. S. 2011. Ionic and osmotic relations in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) plants grown at various salinity levels. Journal of experimental botany. 62(1): 185–193.
Iqbal. M. A., Shen. Y., Stricevic. R.. Pei. H., Sun. H., Amiri. E., Penas. A. and Rio. S. 2014. Evaluation of the FAO AquaCrop model for winter wheat on the North China Plain under deficit irrigation from field experiment to regional yield simulation. Agricultural Water Management. 135: 61–72.
Jacobsen. S. E., Mujica. A. and Jensen. C. R. 2003. The Resistance of Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) to Adverse Abiotic Factors. Food Reviews International. 19(1-2): 99–109.
Jacobsen. S. E., Monteros. C., Christiansen. J. L., Bravo. L. A., Corcuera. L. J. and Mujica. A. 2005 . Plant responses of quinoa (Chenopodium quinoa Will.) to frost at various phenological stages European Journal of Agronomy. Agronomy. 22(2): 131–139.
Koyro. H. W. and Eisa. S. S. 2008. Effect of salinity on composition, viability and germination of seeds of Chenopodium quinoa Willd. Plant and Soil. 302: 79-90.
Kumar. P., Sarangi. A.. Singh. D. K. and. Parihar. S. S. 2014. Evaluation of AquaCrop model in predicting wheat yield and productivity under irrigated saline regimes. Irrigatio and Drainage. 63(4): 474–487.
Long. N. V. 2016. Effects of salinity stress on growth and yield of quinoa. Vietnam Journal of Agricultural Sciences.14 (3): 321-327.
Mohammadi. H., Rahimpour. B., Pirasteh-Anosheh. H. and Race. M. 2022. Salicylic acid manipulates ion accumulation and distribution in favor of salinity tolerance in Chenopodium quinoa. International Journal of Environmental Research and Public Health. 19(3). 1576.
Nash. J. E. and Sutcliffe. J. V. 1970. River flow forecasting through conceptual models part I—A discussion of principles. Journal of hydrology. 10(3): 282-290.
Peyghan. K., Golabi. M. and Albaji. M. 2020. Simulation of quinoa (Chenopodium quinoa) yield and soil salinity under salinity and water stress using the SALTMED model. Communications in Soil Science and Plant Analysis. 51(18): 2361-2376.
Pulvento. C., Riccardi. M., Lavini.  A., Iafelice. G.,  Marconi. E.  and d’Andria. R. 2012. Yield and Quality Characteristics of Quinoa Grown in Open Field Under Different Saline and Non-Saline Irrigation Regimes. Journal of Agronomy and Crop Science. 198(4): 254-263.
Raes. D., Steduto. P., Hsiao. T. C. and Fereres. E . 2018. Reference manual AquaCrop. FAO. Land and Water Division. Rome. Italy.
Raes. D., Steduto. P., Hsiao. T. C., and Fereres. E. 2012. Reference manual AquaCrop. FAO. Land and Water Division. Rome. Italy.
Razzaghi. F., Ahmadi. S. H., Adolf. V. I., Jensen. C. R.. Jacobsen. S. E. and Andersen. M. N. 2011. Water relations and transpiration of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.)under salinity and soil drying. Journal of Agronomy and Crop Science. 197: 348–360
Steduto. P., Hsiao. T. C., Raes. D. and Fereres. E . 2009. AquaCrop- The FAO crop model to simulate yield response to water: Consepts and underlying principles Agronomy Journal. 101:426-437.
Steduto. P., Hsiao. T. C., Raes. D. and Fereres. E. 2007.On the conservative behavior of biomass water productivity. Journal of Irrigation Science. 25: 189- 207.
Talebnejad. R. and Sepaskhah. A. R. 2015. Effect of different saline groundwater depths and irrigation water salinities on yield and water use of quinoa in lysimeter. Agricultural Water Management. 148(Supplement C): 177-188.
Telahigue. D.C., Yahia. L.B., Aljane. F., Belhouchett. K. and Toumi. L. 2017. Grain yield, biomass productivity and water use efficiency in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) under drought stress. Journal of scientific agriculture. 1:222-232.
Vacher. J. J. 1998. Responses of two main Andean crops, quinoa (Chenopodiumquinoa Willd.) and papa amarga (Solanum juzepczukii Buk.) to drought on theBolivian Altiplano: significance of local adaptation. Agriculture, Ecosystems & Environment. 68: 99–108.
Wilmot. C.J. 1982. Some Comments on the Evaluation of Model Performance. Meteorological Society. 64: 1309-1313.