نشریه آبیاری و زهکشی ایران

نشریه آبیاری و زهکشی ایران

برآورد تبخیر-تعرق گیاه مرجع در گلخانه با استفاده از روش‌های آماری و ریاضی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
کبری جانقربان 1
جمالعلی الفتی 1
محمدرضا خالدیان 2
حسن حسن آبادی 3
یوسف حمیداوغلی 1
1 گروه علوم و مهندسی باغبانی دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان
2 گروه مهندسی آب دانشکده علوم کشاورزی دانشگاه گیلان رشت ایران
3 موسسه تحقیقات اصلاح و تهیه نهال و بذر، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران
چکیده
انجام آبیاری بر اساس اصول مهندسی یک راهکار اساسی در مصرف بهینه آب است. یکی از الزامات اساسی در مهندسی آبیاری محاسبه صحیح نیاز آبی بر اساس تبخیر-تعرق گیاه مرجع و ضریب گیاهی است. هدف از انجام مطالعه حاضر معرفی روش مناسب برای محاسبه تبخیر-تعرق گیاه مرجع در شرایط گلخانه است. برای دستیابی به این هدف، در داخل گلخانه گیاه چمن در میکرولایسیمتر کشت شد و مقدار آب مصرفی آن اندازه‌گیری شد. هم‌زمان داده‌های هواشناسی داخل گلخانه شامل دمای کمینه و بیشینه و همچنین رطوبت نسبی اندازه‌گیری شدند. تبخیر-تعرق گیاه مرجع با استفاده از روش‌های پنمن-مانتیث با کمک نرم‌افزار کراپ‌وات، هارگریوز و فرمول‌های اصلاح شده آن، اصلاح شده روش هارگریوز و فرمول‌های اصلاح شده آن، دو مدل توسعه‌یافته بر اساس رگرسیون گام به گام به‌عنوان روش‌های آماری و روش سطح پاسخ به‌عنوان روش ریاضی با داده‌های هواشناسی اندازه‌گیری شده در داخل گلخانه تخمین زده شد. نتایج حاصل با نتایج لایسیمتری بر اساس شاخص‌های R2، RMSE و NRMSE مقایسه شدند. یافته-های مطالعه نشان داد که روش‌های استفاده شده دارای NRMSE بالای 30 درصد بوده و مناسب تخمین تبخیر-تعرق گیاه مرجع نیستند، اما روش‌های توسعه‌یافته و روش سطح پاسخ نتایج مناسب‌تری بر اساس شاخص‌های خطا در مقایسه با سایر روش‌ها داشته‌اند. مقادیر شاخص‌های R2، RMSE و NRMSE برای دو روش رگرسیون گام به گام به ترتیب حداقل 84/0، 15/0 میلی‌متر در روز و 18 درصد بودند. در روش سطح پاسخ مقادیر شاخص‌های R2، RMSE و NRMSE به ترتیب 95/0، 13/0 میلی‌متر در روز و 4/16 درصد بودند. از روش‌های توسعه داده شده در تخمین دقیق‎تر تبخیر-تعرق گیاه مرجع با تعداد داده ورودی کم و زودیافت می‌توان در مدیریت صحیح آبیاری گلخانه استفاده کرد و ضمن جلوگیری از هدررفت آب، بهره‌وری آب و سایر نهاده‌های تولید را افزایش داد.
کلیدواژه‌ها
چمن
رگرسیون
روش سطح پاسخ
نیاز آبی گیاه

عنوان مقاله English

Estimation of reference evapotranspiration in greenhouses using statistical and mathematical methods

نویسندگان English

Kobra Janghorban 1
Jamalali Olfati 1
Mohammadreza Khaledian 2
Hassan Hassanabadi 3
Youssef Hamidoughli 1
1 Department of Horticultural Sciences, Faculty of Agricultural Sciences, University of Guilan
2 Dept of Water Engineering Faculty of Agricultural Sciences University of Guilan Rasht Iran
3 Seed and Plant Improvement Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Iran
چکیده English

Irrigation based on engineering principles is a basic solution for optimal water consumption. One of the basic requirements in irrigation engineering is the correct calculation of crop water requirement based on the reference evapotranspiration and the crop coefficient. The aim of the present study is to introduce a suitable method for calculating the reference evapotranspiration in greenhouse conditions. To achieve this goal, grass was cultivated in a microlysimeter inside the greenhouse and its water consumption was measured. At the same time, meteorological data inside the greenhouse including minimum and maximum temperatures and relative humidity were measured. The reference evapotranspiration was estimated using the Penman-Monteith method using CropWat software, Hargreaves and its modified formulas, modified Hargreaves method and its modified formulas, two developed models based on stepwise regression as statistical methods and response surface method as mathematical method with meteorological data measured inside the greenhouse. The results were compared with the lysimetric results based on R2, RMSE, and NRMSE indices. The findings of the study showed that the methods used had NRMSE above 30% and were not suitable for estimating the reference evapotranspiration, but the developed methods and response surface method had more suitable results based on error indices compared to other methods. The values of R2, RMSE, and NRMSE indices for the two stepwise regression methods were at least 0.84, 0.15 mm/day and 18%, respectively. In the response surface method, the values of R2, RMSE, and NRMSE indices were 0.95, 0.13 mm/day, and 16.4%, respectively. The methods developed in more accurate estimation of evapotranspiration of the reference plant with a small number of input data and easy availability can be used in the correct management of greenhouse irrigation and, while preventing water waste, increase water productivity and other production inputs.

کلیدواژه‌ها English

Grass
Regression
Response Surface Method
Crop Water Requirement
امیدی، ا.، خالدیان، م.، حسن­پور اصیل، م. و الفتی چیرانی، ج. 1396. برآورد نیاز آبی و ضرایب گیاهی گل سوسن در شرایط کشت گلخانه­ای در شهرستان رشت. آبیاری و زهکشی ایران. 11(6): 1120-1111.
پوریزدان­خواه، ه.، خالدیان، م.، رضوی­پور، ت. و رضایی، م. 1397. انتخاب مناسب­ترین معادله­های تجربی تخمین تبخیر-تعرق گیاه مرجع و واسنجی ضرایب آن­ها. آبیاری و زهکشی ایران. 12(1): 208-199.
جوزی، م.، ابراهیمی­پاک، ن. و تافته، آ. 1402. برآورد تبخیرتعرق گیاه مرجع با روش­های هارگریوز سامانی و هارگریوز سامانی اصلاح شده و ارزیابی آن­ها با استفاده از سامانه نیاز آبی گیاهان در استان کرمانشاه. هیدروژئولوژی. 8(1): 16-1.
جهانداری، ج.، حجازی، ر.، جوزی، س.ع. و مرادی، ع. 1401. اثرات توسعه شهری بر الگوهای مکانی-زمانی خدمت اکوسیستمی ذخیره کربن در حوزه آبخیز بندرعباس با نرم­افزار InVEST. مدل­سازی و مدیریت آب و خاک. 2(4): 106-91.
حزباوی، ز.، پرچمی، ن.، علایی، ن. و بابایی، ل. 1399. ارزیابی و تحلیل وضعیت سلامت آبخیز کوزه تپراقی، استان اردبیل. حفاظت منابع آب و خاک. 9(3): 121-141.
حسینی، ی. 1402. ارزیابی روش­های زمین­آماری و سطح پاسخ در برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با استفاده از خصوصیات فیزیکی خاک. تحقیقات کاربردی خاک. 11(4): 76-63.
دین­پژوه، ی.، جهانبخش­اصل، س. و موسوی­جهانی، ل. 1402. ارزیابی کارایی سه مدل تجربی در تخمین تبخیر-تعرق پتانسیل (مطالعه موردی: حوضه دریاچه ارومیه). دانش آب و خاک. 33(3): 32-21.
رمضانی­اعتدالی، ه. و صفری، ف. 1402. ارزیابی اثر برخی از روش های دمایی و تشعشعی برآورد تبخیر-تعرق مرجع (ETo) بر تبخیر-تعرق واقعی و زیست توده ذرت. آبیاری و زهکشی ایران. 17(1): 13-1.
زارع­ابیانه، ح.، سقائی، ص.، ارشادفتح، ف. و نوذری، ح. 1393. مدلسازی و پیش­بینی تبخیرتعرق گیاه مرجع با سری زمانی (مطالعه موردی: استان کرمانشاه). هواشناسی کشاورزی. 2(1): 56-45.
سامانه نیاز آبی گیاهان کشور. 1403. موسسه تحقیقات خاک و آب. http://niwr.ir
شهابی­فر، م.، عصاری، م.، کوچک­زاده، م. و میرلطیفی، س.م. 1389. ارزیابی برخی از روش­های محاسباتی تبخیر-تعرق گیاه مرجع چمن با استفاده از داده­های لایسیمتری در شرایط گلخانه­ای. مجله پژوهش آب در کشاورزی. 1(24): 20-13.
شیرازی، م.، خادم­الرسول، ع. و صفی­الدین­اردبیلی، س.م. 1399. ارزیابی روش­های یادگیری نظارتی هوشمند و سطح پاسخ برای بهینه­سازی عوامل موثر بر فرسایش خاک (مطالعه­ی موردی حوزه آبخیز امامزاده عبدا... باغملک). تحقیقات آب و خاک ایران. 51(7): 1666-1653.
طافی، ش.، پیغان، خ.، باقری­خانقاهی، م.، صالحی­پور باورصاد، ت. و سلطانی­محمدی، ا. 1400. ارزیابی چهارده روش تخمین تبخیر-تعرق گیاه مرجع (مطالعه موردی: استان مازندران). آبیاری و زهکشی ایران. 15(3): 520-510.
عصاری، م.، کوچک­زاده، م.، شهابی­فر، م. و بیات، ک. 1388. تخمین تبخیر-تعرق گیاه مرجع درون گلخانه با استفاده از شبکه­های عصبی مصنوعی. مجله پژوهش­های حفاظت آب و خاک. 16(1): 127-107.
فولادمند، ح. 1389. پیش­بینی ماهانه تبخیرتعرق پتانسیل گیاه مرجع در استان فارس. دانش آب و خاک. 20(4): 169-157.
مربوطه، ب.، اشرف زاده، ا.، وظیفه دوست، م. و خالدیان، م. 1397. مقایسة تبخیر- تعرق واقعی محصول MOD16 و شبیه‌سازی‌شده توسط مدل SWAP مطالعة موردی: مزارع تحت کشت ذرت در استان قزوین. تحقیقات منابع آب ایران. 14(2): 62 تا 71.
مرکز آمار ایران. 1399. سال­نامه آماری کشور 1397. دفتر ریاست، روابط عمومی و همکاری­های بین­الملل، تهران. 930 صفحه.
موسوی­بایگی، م.، عرفانیان، م. و سرمد، م. 1388. استفاده از حداقل داده­های هواشناسی برای برآورد تبخیروتعرق گیاه مرجع و ارائه ضرایب اصلاحی (مطالعه موردی: استان خراسان رضوی). آب و خاک. 23(1): 99-91.
نادریان­فر، ا.، دلبری، م.، افراسیاب، پ. و کهخامقدم، پ. 1399. مقایسه فرآیندهای مختلف پهنه­بندی تبخیرتعرق مرجع در ایران. علوم و مهندسی آبیاری. 43(3): 31-17.
Allen, R.G., Pereira, L.S., Raes, D. and Smith, M., 1998. Crop evapotranspiration: guidelines for computing crop requirements. FAO Irrigation and Drainage Paper No 56. FAO, Rome, Italy.
Baudoin, W., Nono-Womdim, R., Lutaladio, N., Hodder, A., Castilla, N., Leonardi, C., De Pascale, S. and Qaryouti, M. 2013. Good agricultural practices for greenhouse vegetable crops. FAO plant production and protection paper No 217. Rome, Italy.
Berti, A., Tardivo, G., Chiaudani, A., Rech, F. and Borin, M. 2014. Assessing reference evapotranspiration by the Hargreaves method in North-eastern Italy. Agricultural Water Management. 140: 20-25.
Cabello, V., Willaarts, B., Aguilar, M., and Del Moral, L., 2015. River basins as social-ecological systems: linking levels of societal and ecosystem water metabolism in a semiarid watershed. Ecology and Society, 20(3): 1-20. doi:10.5751/ES-07778-200320.
Dolezal, F., Hernandez-Gomis, R., Matula, S., Gulamov, M., Mihalikova, M. and Khodjaev, S., 2018. Actual evapotranspiration of unirrigated grass in a smart field lysimeter. Vadose Zone Journal, 17: 170173.
Doorenbos, J. and Pruitt, W.O., 1977. Guidelines for predicting crop water requirements. FAO, Rome, Irrigation and Drainage. Paper. 24: 144 (revised version of the 1975 edition).
Droogers, P. and Allen, R.G. 2002. Estimating reference evapotranspiration under inaccurate data conditions. Irrigation and Drainage System. 16: 33–45.
Fazlil Ilahi, W.F.B. 2009. Evapotranspiration models in greenhouse. MSc. Thesis. Wageningen University.
Fernandez, M.D., Bonachela, S., Orgaz, F., Thompson, R., Lopez, J.C., Granados, M.R., Gallardo, M. and Fereres, E. 2010. Measurement and estimation of plastic greenhouse reference evapotranspiration in a Mediterranean climate. Irrigation Science. 28: 497-509.
Hargreaves, G.H., 1989. Accuracy of estimated reference evapotranspiration. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 115(6): https://doi.org/10.1061
Hargreaves, G.H. and Allen, R.G., 2003. History and Evaluation of Hargreaves Evapotranspiration Equation. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 129(1): 53-63.
Hargreaves, G.L. and Samani, Z.A., 1985. Reference crop evapotranspiration from temperature. Applied Engineering in Agriculture, 1.2: 96-99.
Hunasigi, P., Jedhe, S., Mane, M. and Patil-Shinde, V., 2023. Multilayer perceptron neural network based models for prediction of the rainfall and reference crop evapotranspiration for sub-humid climate of Dapoli, Ratnagiri District, India. Acta Ecologica Sinica. 43(1): 154-201.
Khaledian, M.R., Mailhol, J.C., Ruelle, P. and Rosique, P., 2009. Adapting PILOTE model for water and yield management under direct seeding system: The case of corn and durum wheat in a Mediterranean context. Agricultural Water Management. 96: 757-770.
Maina, M.M., Amin, M.S.M., Rowshon, M.d.K., Aimrun, W., Samsuzana, A.A. and Yazid, M.A., 2014. Effects of crop evapotranspiration estimation techniques and weather parameters on rice crop water requirement. Australian Journal of Crop Science. 8(4): 495-501.
Mandal, N. and Chanda, K., 2023. Performance of machine learning algorithms for multi-step ahead prediction of reference evapotranspiration across various agro-climatic zones and cropping seasons. Journal of Hydrology. 620: 129418.
Oehlert, W.G. 2000. Design and analysis of experiments: response surface design. New York: W.H. Freeman and Company.
Pascual-Seva, N. and Pascual, B., 2021. Determination of crop coefficient for chufa crop (Cyperus esculentus L. var. sativus Boeck) for sustainable irrigation scheduling. Science of the Total Environment. 768: 144975.
Pereira, L.S., Paredes, P. and Jovanovic, N., 2020. Soil water balance models for determining crop water and irrigation requirements and irrigation scheduling focusing on the FAO56 method and the dual Kc approach. Agricultural Water Management. 241: 106357.
Samani, Z., 2000. Estimating solar radiation and evapotranspiration using minimum climatological data. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 126(4): 81-104.
Sivaprakasam, S., Murugappan, A. and Mohan, S. 2011. Modified Hargreaves equation for estimation of ET0 in a hot and humid location in Tamilnadu State, India. International Journal of Engineering Sciences and Technology. 3(1): 592–600.
Teitel. M., Liran, O., Tanny, J. and Barak, M. 2008. Wind driven ventilation of a mono-span greenhouse with a rose crop and continuous screened side vents and its effect on flow patterns and microclimate. Biosystems Engineering. 101(1): 111-122.
Temesgen, B., Eching, S., Davidoff, B. and Frame, K. 2005. Comparison of some reference evapotranspiration equations for California. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 131 (1): 73–84.
Trajkovic, S. 2007. Hargreaves versus Penman–Monteith under humid conditions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. (1): 38–42.
Tsai, Y.W., Lin, J.Y., and Chen, Y.C., 2021. Establishment of the watershed health indicators and health check of reservoirs. Ecological Indicator. 127: 107779. doi:10.1016/j.ecolind.2021.107779
Vanderlinden, K., Giráldez, J.V. and Van Mervenne, M. 2004. Assessing reference evapotranspiration by the Hargreaves method in Southern Spain. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 129 (1): 53–63.
Villarreal-Guerreroa, F., Kaciraa, M., Fitz-Rodríguez, E., Kubota, C., Giacomelli, G.A., Linker, R. and Arbel, A., 2012. Comparison of three evapotranspiration models for a greenhouse cooling strategy with natural ventilation and variable high pressure fogging. Scientia Horticulturae. 134: 210-221.
Zhao, W., Liu, B. and Zhang, Z., 2010. Water requirements of maize in the middle Heine River basin, China. Agricultural Water Management. 97(2): 215-223.
نشریه آبیاری و زهکشی ایران
دوره 19، شماره 2 - شماره پیاپی 111
خرداد و تیر 1404
صفحه 203-215