Sensitivity Analysis of Corn Crop Growth Parameters in AquaCrop Model under Interaction of Water Stress and Nitrogen Fertilizer

Document Type : Original Article

Authors

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 Agricultural Engineering Research Institue, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran

Abstract

Sensitivity analysis of crop models helps researchers to have the necessary information about the reaction of crop models to changes in input parameters before calibration and application. This makes it possible to introduce the input data to the model with more awareness and increase the accuracy of the model in the calibration stage. Due to using the AquaCrop model in recent years, in this study, the sensitivity of normalized water productivity (wp*), crop transpiration, initial canopy cover (CCo), canopy growth coefficient (CGC), canopy decline coefficient (CDC) and harvest index (HI) was analyzed using a new method. For this purpose, corn yield data collected from Research Institute of Seed and Plant Breeding during 2008-2010 were used. Data consisted of four irrigation levels (W1, W2, W3 and W4 indicate supply of 120, 100, 80 and 60% of water requirement, respectively) and four nitrogen fertilizer amount (N1, N2, N3 and N4 indicate supply of 100, 80, 60 and 0% of fertilizer requirements, respectively). The results showed that the AquaCrop was most sensitive to changes in harvest index (0.65≤Spi≤1.3) and normalized water productivity (0.55≤Spi≤1.2). The lowest sensitivity (0.02≤Spi≤0.07) was observed to changes in crop canopy decrease coefficient (CDC). Sensitivity coefficients were positive for all parameters except CDC. Therefore, by increasing the CDC value, the AquaCrop suffers from underestimated error. The sensitivity coefficients for treatments N1 to N4 were equal to 0.32, 0.41, 0.46 and 0.51, respectively. These results for irrigation treatments W1 to W4 were equal to 0.36, 0.39, 0.44 and 0.5, respectively. So, with increasing water stress and fertilizer, the sensitivity of the AquaCrop model to all parameters increased. The highest sensitivity was observed in W4N4 treatment.

Keywords

References

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.
ابراهیمی پاک، ن، ع.، اگدرنژاد، ا.، تافته، آ. و احمدی، م. 1398. ارزیابی مدل‌های AquaCrop، WOFOST و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13(3): 715-726.
احمدی، م.، قنبرپوری، م. و اگدرنژاد، ا. 1400. مقدار آب کاربردی گندم با استفاده از تحلیل حساسیت و ارزیابی مدلAquaCrop. نشریه مدیریت آب در کشاورزی، 8(1): 30-15.
ادبی، و.، عزیزیان، ا.، رمضانی اعتدالی، ه.، کاویانی، ع. و آبابایی، ب. 1398. آنالیز حساسیت موضعی مدل AquaCrop برای دو محصول گندم و ذرت در دو منطقه دشت قزوین و پارس‌آباد مغان. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13(6): 1565-1579.
اگدرنژاد، ا.، ابراهیمی‌پاک، 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(2-10): 64-53.
انصاری، م، ع.، اگدرنژاد، ا. و ابراهیمی پاک، ن، ع. 1398. شبیه‌سازی عملکرد سیب‌زمینی (Solanum tuberosum L.) تحت شرایط آبیاری با استفاده از دو مدل AquaCrop و Cropsyst. نشریه اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی، 13(2): 287-304.
حاجی‌زاده، م.، رحیمی خوب، ع.، علی نیایی فرد، س. و وراوی پور، م. 1398. تعیین بهره‌وری آب نرمال شده و بررسی حساسیت مدل آکوکراپ برای گیاه تربچه. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 13(5): 1527-1537.
رحیمی خوب، ح.، سهرابی، ت. و دلشاد، م. 1399. تحلیل حساسیت پارامترهای رشد گیاه ریحان در مدل AquaCrop تحت تنش‌های مختلف کود نیتروژن. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 51(6): 1341-1351.
سیاحی، ح.، اگدرنژاد، ا. و ابراهیمی پاک، ن، ع. 1399. ارزیابی مدل‌های گیاهی AquaCrop و WOFOST در شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری آب چغندرقند تحت دورهای مختلف آبیاری و تنش کودی. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 51(10): 2593-2605.
عباسی، ف.، چوکان، ر.، علیزاده، ح، ع. و لیاقت، .ع 1391. بررسی اثر کودآبیاری جویچه­ای بر کارایی مصرف کود و آب، عملکرد و برخی صفات ذرت دانه­ای. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 43(4): 375-385.
علیزاده، ح، ع. و عباسی، ف. 1396. بررسی واکنش عملکرد ذرت دانه‌ای به سطوح مختلف آب و کود مصرفی با استفاده از مدل AquaCrop. مجله علوم و مهندسی آبیاری، 40(2): 119-134.
کریمی اورگانی، ح.، رحیمی خوب، ع. و نظری فر، م، ه. 1395. واسنجی و صحت سنجی مدل آکواکراپ برای جو در منطقه پاکدشت. مجله تحقیقات آب و خاک ایران، 47(3): 539-549.
موسوی، س، ا، ح.، اگدرنژاد، ا. و گیلانی، ع، ع. 1400. شبیه‌سازی عملکرد و بهره‌وری مصرف آب ارقام مختلف برنج تحت شرایط مختلف کاشت با کاربرد مدل‌های AquaCrop، CropSyst و WOFOST. نشریه اکوفیزیولوژی گیاهان زراعی، 15(2): 221-228.
Araya, A., Habtu, S., Hadgu, K. M., Kebede, A. and Dejene, T. 2010. Test of AquaCrop model in simulating biomass and yield of water deficit and irrigated barely. Agricultural Water Management, 97:1838–1846.
Beven, K. 1979. A sensitivity analysis of the Penman-Monteith actual evapotranspiration estimates. Journal of Hydrology, 44(3-4), 169-190.
FAO. 2014. Statistical Database of the Food and Agriculture Organization of the United Nations. FAO, Rome.
Heng, L. k., Hsiao, T. C., Evett, S., Howell, T. and P. Steduto. 2009. Validating the FAO AquaCrop model for Irrigated and Water Deficient field maize. Agronomy, 101(3): 488-498.
Hsiao, T. C., Heng, L K., Steduto, P., Raes, D. and E. Fereres. 2009. AquaCrop-Model parameterization and testing for maize. Agronomy. 101: 448-459.
Guo, D., Zhao, R., Xing, X., and Ma, X. 2019. Global sensitivity and uncertainty analysis of the AquaCrop model for maize under different irrigation and fertilizer management conditions. Archives of Agronomy and Soil Science, 1-19.
Jin, X., Li, Z., Nie, C., Xu, X., Feng, H., Guo, W. and Wang, J. 2018. Parameter sensitivity analysis of the AquaCrop model based on extended fourier amplitude sensitivity under different agro-meteorological conditions and application. Field Crops Research, 226: 1-15.
Katerji, N., Campi, P., and Mastrorilli, M. 2013. Productivity, evapotranspiration, and water use efficiency of corn and tomato crops simulated by AquaCrop under contrasting water stress conditions in the Mediterranean region. Agricultural Water Management, 130: 14-26.
Lenhart, T., Eckhardt, K., Fohrer, N. and Frede, H. 2002. Comparison of two different approaches of sensitivity analysis. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 27(9-10), 645-654.
Masanganise, J., Basira, K., Chipindu, B., Mashonjowa, E. and Mhizha, T. 2013. Testing the utility of a crop growth simulation model in predicting maize yield in a changing climate in Zimbabwe. International Journal of Agricultural and Food Science, 3(4): 157-163.
Masasi, B., Taghvaeian, S., Gowda, P. H., Marek, G. and Boman, R. 2020. Validation and application of AquaCrop for irrigated cotton in the Sothern Great Plains of US. Irrigation Science, 38: 593-607.
Raes, D., Steduto P., Hsiao, T. C. and Freres, E. 2012. Reference manual AquaCrop, FAO, land and water division, Rome Italy.
Salemi, H. R.,  Mohd Soom, M. A., Lee, T. S., Mousavi, S. F., Ganji, A. and Yusoff, M. K. 2011. Application of AquaCrop model in deficit irrigation management of Winter wheat in arid region. African Journal of Agricultural Research, 610(10):2204-2215.
Sandhu, R. and Irmak, S. 2019. Performance of AquaCrop Model in Simulating Maize Growth, Yield, and Evapotranspiration under Rainfed, Limited and Full Irrigation. Agricultural Water Management. 223(105687).
Steduto, P., Hsiao, T. C., Raes, D. and Fereres, E. 2009. AquaCrop: The FAO crop model to simulate yield response to water: I. Concepts and underlying principles. Agronomy Journal, 101(3): 426-437.
Water Management in Agriculture
Volume 10, Issue 1 - Serial Number 19
September 2023
Pages 175-190

Files

Share

How to cite

Statistics