ارزیابی مدل‌های AquaCrop و WOFOST در شبیه‌سازی عملکرد سیب‌زمینی تحت شرایط مختلف تنش آبی

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 دانشیار، بخش آبیاری و فیزیک خاک، موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،کرج، ایران

چکیده

با توجه به اهمیت گیاه سیب‌زمینی، شبیه‌سازی عملکرد آن تحت تنش‌های آبی با استفاده از مدل‌های شبیه‌سازی رشد گیاهی به محققان کمک می‌کند تا برنامه‌ریزی بهتری برای آبیاری آن انجام دهند. بدین‌منظور، این تحقیق برای ارزیابی دقت دو مدل آب‌محور AquaCrop و کربن‌محور WOFOST در شبیه‌سازی عملکرد سیب‌زمینی تحت شرایط ‌کم‌آبیاری در مراحل مختلف رشد انجام شد. از‌ این‌رو، داده‌های برداشت‌شده از یک مزرعه تحقیقاتی در چهارتخته شهرکرد در دو سال زراعی (1378-1377) مورد استفاده قرار گرفت. این داده‌ها شامل پنج سطح تنش آبی (E0، E1، E2، E3 و E4 به ترتیب نشان‌دهنده‌ی 100، 85، 70، 50 و 30 درصد تأمین نیاز آبی) و سه زمان اعمال تنش (T1، T2 و T3 به ترتیب نشان‌دهنده‌ی 50 روز رشد اول (استقرار بذر و رشد رویشی)، دوم (رشد کامل) و سوم (رسیدن گیاه) از کل دوره رشد گیاه بود. مقادیر آماره RMSE برای شبیه‌سازی عملکرد سیب‌زمینی توسط مدل‌های AquaCrop و WOFOST به ترتیب برابر با 5/1 و 2/2 تن در هکتار بود. کارایی این دو مدل براساس آماره EF به ترتیب برابر با 95/0 و 98/0 بود. با توجه به آماره‌های MBE و NRMSE، دقت مدل AquaCrop بهتر از مدل WOFOST بود. بنابراین با توجه به تعداد داده‌های کمتر، دقت بهتر و واسنجی راحت‌تر مدل AquaCrop، کاربرد این مدل برای شبیه‌سازی سیب‌زمینی پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of AquaCrop and WOFOST to Simulate Potato Yield under Different Water Stress Conditions

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Ansari 1
  • Aslan Egdernezhad 2
  • Niaz Ali Ebrahimipak 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 Associated professor, Department of irrigation and soil physics, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.
چکیده [English]

Due to importance of potato plant, simulating its yield under water stress using plant growth simulation models helps researchers to better plan for irrigation. So, this study was conducted to evaluate water driven (AquaCrop) and carbon driven (WOFOST) to simulate potato yield under different water deficit during various cropping stages. To do this end, data collected from a research station in ChaharTakhteh, Shahrekord, during two years (1998-1999) was used. The data was consisted of water stress at five levels (E0, E1, E2, E3, and E4 indicating 100, 85, 70, 50, and 30 percent of crop water needed, respectively) in three time (T1, T2, and T3 indicating 50, 100, and 150 days after sowing, respectively). RMSE values for simulation of yield using AquaCrop and WOFOST were 1.5 and 2.2 ton.ha-1, respectively. Model efficiencies based on EF values were 0.95 and 0.98, respectively. According to MBE and NRMSE values, AquaCrop accuracy was better than WOFOST. In both calibration and validation period, AquaCrop suffered from under estimate error and WOFOST suffered from over-estimate error. Regarding the results, it is recommended to use AquaCrop for simulation potato yield since it needs less data, have better precision and easier calibration.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Carbon Driven Model
  • Crop Simulation Models
  • Deficit irrigation
  • Water Driven Model
  • Water productivity
ابراهیمی‌پاک، ن. ع. 1393. تعیین ضریب واکنش عملکرد سیب‌زمینی نسبت به کم‌آبیاری در مراحل مختلف رشد در شهرکرد. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران. 4(15): 50-39.
ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، تافته، آ.، اسدی‌کپورچال، ص. و اگدرنژاد، ا. 1398. ارزیابی توابع تولید محصول به منظور برآورد عملکرد سیب‌زمینی در تیمارهای مختلف آبیاری. نشریه آبیاری و زهکشی. 13(6): 1732-1721.
ابراهیمی‌پاک، ن.، احمدی، م.، اگدرنژاد، ا. و خاشعی‌سیوکی، ع. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد زعفران تحت سناریوهای مختلف کم‌آبیاری و مصرف زئولیت. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 8(1): 132-117.
ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، اگدرنژاد، ا.، تافته، آ. و احمدی، م. 1398. ارزیابی مدل‌های WOFOST، AquaCrop و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. نشریه آبیاری و زهکشی. 13(3): 726-715.
ابراهیمی‌پاک، ن. ع.، اگدرنژاد، ا. و خدادادی دهکردی، د. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد ذرت تحت تیمارهای کم‌آبیاری و کاربرد سطوح مختلف سوپرجاذب. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران. 8(3): 184-166.
ایوزیان، م. و واقفی، ا. 1389. مبانی احتمالات و آمار مهندسی. انتشارات ترمه. 504 صفحه.
خیری شلمزاری، ک.، برومند نسب، س.، سلطانی‌محمدی، ا. و حقیقتی بروجنی، ب. 1399. اثر مدیریت‌های آبیاری در سامانه‌های آبیاری قطره‌ای سطحی و زیرسطحی بر عملکرد و بهره‌وری آب سیب‌زمینی. نشریه آبیاری و زهکشی. 14(1): 320-310.
سیاحی، ح.، اگدرنژاد، ا. و ابراهیمی‌پاک، ن. ع. 1399. مقایسه دو مدل AquaCrop و SWAP در شبیه‌سازی عملکرد و کارایی مصرف آب چغندرقند تحت دورهای مختلف آبیاری. نشریه آبیاری و زهکشی. 14(4): 1321-1311.
موسوی، س. ا. ح.، اگدرنژاد، ا. و گیلانی، ع. ع. 1398. شبیه‌سازی عملکرد و کارایی مصرف آب ارقام مختلف برنج تحت شرایط مختلف کاشت با استفاده از دو مدل AquaCrop و SWAP. نشریه مدیریت آب در کشاورزی. 6(1): 134-123.
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.
Bouman, B. A. M., Van Keulen, H., Van Laar, H. H. and Rabbinge, R. 1996. The “School of de Wit”, crop growth simulation models: pedigree and historical overview, Agricultural System. 52: 171-198.
Confalonieri, R. and Bocchi, S. 2005. Evaluation of CropSyst for Simulation the Yield of Flooded Rice in Northern Italy, Europian Journal of Agronomy. 23: 315-326.
Dua, V. K., Govindakrishnan, P. M. and Singh, B. P. 2014. Calibration of WOFOST model for potato in India, Potato Journal. 41(2): 105-112.
Dua, V. K., Singh, B. P., Govindakrishnan, P. M., Kumar, S. and Lal, S. S. 2013. Impact of climate change on potato productivity in Punjab-a simulation study. Current Science. 105(6): 787-794.
Eitzinger, J., Trnka, M., Hosch, J., Zalud, Z. and Dubrovsk, M. 2004. Comparison of CERES, WOFOST and SWAP models in simulating soil water content during growing season under different soil conditions, Ecological Modeling. 171: 223-246.
 
Garcia-Vila, M. and Fereres, E. 2012. Combining the simulation crop model AquaCrop with an economic model for the optimization of irrigation management at farm level. European Journal of Agronomy. 36(1): 21-31.
Geerts, S. and Raes, D. 2009. Deficit 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.
Huang, X., Huang, G., Yu, Ch., Ni, Sh. and Yu, L. 2017. A multiple crop model ensemble for improving broad scale yield prediction using Bayesian model averaging. Field Crop Research. 211: 114-124.
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.
Marletto, V., Ventura, F., Fontana, G. and Tomei, F. 2007. Wheat growth simulation and yield prediction with seasonal forecasts and a numerical model. Agricultural Meteorology. 147: 71–79.
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.
Montoya, F., Carmargo, D., Ortega, J. F., Corcoles, J. I. and Dominguez, A. 2016. Evaluation of AquaCrop model for a potato crop under different irrigation conditions, Agricultural Water Management. 164: 267-280.
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.
Song, Y. I., Chen, D. L. and Dong, W. J. 2006. Influence of climate on winter wheat productivity in different climate regions of China, 1961–2000. Climatology Research. 32: 219–227.
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., Abi Saad, M., Stockle, C. and Steduto, P. 2009. Assessment of AquaCrop, Cropsyst, and WOFOST models in the simulation of sunflower growth under different water regimes. Agronomy Journal Abstract-Symposium Papers. 101(3): 509-521.
Yang, H. S., Dobermann, A., Lindquist, J. L., Wolters, D. T., Arkebauer, T. J. and Cassman, K. G. 2004. Hybrid-maize-A maize simulation model that combines two crop modeling approaches. Field Crops Research. 87:131–154