مقدار آب کاربردی گندم با استفاده از تحلیل حساسیت و ارزیابی مدل AquaCrop

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دکتری آبیاری و زهکشی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان لرستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج‌کشاورزی، خرم آباد، ایران.

2 دکتری، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان لرستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج‌کشاورزی، خرم آباد، ایران.

3 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران.

چکیده

استفاده از مدل گیاهی AquaCrop برای شبیه‌سازی و تعیین عمق مناسب آبیاری گیاهان زراعی مختلف در بین محققان متداول است. لیکن توجه به تحلیل حساسیت این مدل گیاهی و ارزیابی دقیق‌تر مدل AquaCrop سبب دستیابی به نتایج دقیق‌تر می‌گردد. در تحقیق حاضر سعی شد از روش جدیدی موسوم به باون برای تحلیل حساسیت مدل AquaCrop استفاده گردد. در این روش به‌جای افزایش یا کاهش مقادیر پارامترها، برای تحلیل حساسیت از بازه­ای از مقادیر پارامترهای ورودی استفاده می­شود. بدین منظور از داده‌های برداشت‌شده در طی دو سال‌ زراعی از یک طرح تحقیقاتی در بروجرد استفاده شد. در این طرح، چهار مقدار تبخیر از تشت تبخیر کلاس A به میزان 40 (E40)، 70 (E70)، 100 (E100) و 120 (E120) میلی‌متر در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که ضریب رشد پوشش گیاهی و بهره‌وری آب نرمال شده بیشترین حساسیت را نسبت به سایر پارامترهای ورودی داشتند. ارزیابی مدل AquaCrop در مرحله صحت‌سنجی نشان داد که این مدل گیاهی برای شبیه‌سازی عملکرد (6٪ = MBE) و بهره‌وری آب (4٪= MBE) دچار خطای کم‌برآوردی شد. درحالی‌که برای شبیه‌سازی زیست‌توده دچار خطای بیش‌برآوردی گردید (3٪- = MBE). خطای شبیه‌سازی عملکرد گندم در مقادیر تنش آبی شدید افزایش یافت لیکن دقت مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی هر سه پارامتر عملکرد، زیست‌توده و بهره‌وری آب مطلوب بود (10%< NRMSE). با کاهش مقدار آب آبیاری تا 150 میلی‌متر، عملکرد و زیست‌توده به ترتیب تا 9/1 و 4/7 تن در هکتار کاهش یافتند. بااین‌وجود بهره‌وری آب تا 3/1 کیلوگرم بر مترمکعب افزایش یافت. با افزایش مقدار آب آبیاری تا 600 میلی‌متر، عملکرد و زیست‌توده روندی صعودی داشتند به‌طوری‌که به ترتیب تا 2/7 و 9/13 تن در هکتار افزایش یافتند. بااین‌وجود بهره‌وری آب فقط در دو عمق 264 و 500 میلی‌متر به میزان 3/1 کیلوگرم بر مترمکعب رسید. برای دستیابی به بیشترین عملکرد، زیست­توده و بهره‌وری آب، کاربرد 500 میلی­متر آب آبیاری پیشنهاد می­شود. در شرایط کمبود آب آبیاری، پیشنهاد می­شود از دو مقدار 150 و 264 میلی­متر استفاده شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Applied Irrigation Water of Wheat using Sensitivity Analysis and Evaluation of Aqua Crop

نویسندگان [English]

  • Mohsen Ahmadee 1
  • Moradali Ghanbarpouri 2
  • Aslan Egdernezhad 3
1 Ph. D, Lorestan Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Khorramabad, Iran
2 Ph. D, Lorestan Agricultural and Natural Resources Research Center, AREEO, Khorramabad, Iran.
3 Assistant Professor, Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

Use of the AquaCrop model to simulate and determine the appropriate irrigation depth is common among researchers. However, paying attention to the sensitivity analysis and evaluation of the AquaCrop model will lead to more accurate results. In the present study, a new method, called Beven, was used to analyze the sensitivity of AquaCrop. For this purpose, the data collected from a research project in Boroujerd, Iran, were used. In this method, instead of increasing or decreasing the parameter values, a range of input parameter values is used for sensitivity analysis. In addition, four evaporation values from evaporation pan at 40 (E40), 70 (E70), 100 (E100) and 120 (E120) mm were considered. The results showed that crop growth coefficient and normalized water productivity were the most sensitive parameters. Evaluation of AquaCrop in validation showed that this model had an under estimation error to simulate yield (MBE=6%) and water productivity (MBE=4%). While for biomass simulation it made an overestimation error (MBE= -3%). Wheat yield simulation error increased at high water stress values, but the accuracy of AquaCrop was acceptable for simulating yield, biomass and water productivity (NRMSE

کلیدواژه‌ها [English]

  • Beven Method
  • Water productivity
  • water stress
ابراهیمی پاک، ن. ع.، احمدی، م.، اگدرنژاد، ا. و خاشعی‌سیوکی، ع. 1397. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد زعفران تحت سناریوهای مختلف کم‌آبیاری و مصرف زئولیت. حفاظت منابع آب و خاک. 8 (1): 131-117.
ابراهیمی پاک، ن. ع.، اگدرنژاد، ا.، تافته، آ. و احمدی، م. 1398. ارزیابی مدل‌های WOFOST، AquaCrop و CropSyst در شبیه‌سازی عملکرد کلزا در منطقه قزوین. آبیاری و زهکشی. 13(3): 726-715.
احمدی، م.، خاشعی‌سیوکی، ع و سیاری، م. ح. 1395. بررسی مدل مناسب تعیین نیاز آبی زعفران (Crocus sativus L.) و تعیین میزان تنش‌های آبی وارده. بوم‌شناسی کشاورزی. 8(4): 520- 505
اگدرنژاد، ا.، ابراهیمی پاک، ن. ع.، تافته، آ و احمدی، م. 1397. برنامه‌ریزی آبیاری کلزا با استفاده از مدل AquaCrop در دشت قزوین. مدیریت آب در کشاورزی. 5 (2): 64-53.
حاجی زاده، م.، رحیمی خوب، ع.، علی نیایی فرد، س. و وراوی پور، م. 1398. تعیین بهره­وری آب نرمال­شده و بررسی حساسیت مدل آکوکراپ برای گیاه تربچه. نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 13(5): 1527-1537.
رحیمی‌خوب، ح.، سهرابی، ت و دلشاد، م. 1399. تحلیل حساسیت پارامترهای رشد گیاه ریحان در مدل AquaCrop تحت تنش‌های مختلف کود نیتروژن. تحقیقات آب و خاک ایران. 51 (6): 1351-1341.
کریمی اورگانی، ح.، رحیمی­خوب، ع. و نظری­فر، م. ه. 1398. تحلیل حساسیت مدل آکواکراپ برای محصول جو در منطقه پاکدشت. مجله علوم آب و خاک. ۲۳ (۳) :۵۳-۶۳.
محمدی، م.، داوری، ک.، قهرمان، ب.، انصاری، ح و حق‌وردی، ا. 1394. واسنجی و صحت‌سنجی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد گندم بهاره تحت تنش هم‌زمان شوری و خشکی. پژوهش آب در کشاورزی. 29(3): 295-277.
 
Farahani, H. and Oweis, T. 2008. Chapter I- Agricultural Water Productivity in Karkheh River Basin. In: Oweis, T., Farahani, H., Qadir, M., Anthofer, J., Siadat, H., Abbasi F., and Bruggeman A., (Eds). Improving On-farm Agricultural Water Productivity in the Karkheh River Basin. Research Report no. 1: A Compendium of Review Papers. ICARDA, Aleppo, Syria. IV+103 pp.
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 Jornal 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.
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.
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. 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. Agron.J. 101(3): 448-459.
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.
Mkhabela, M. S. and Bullock, P. R. 2012. Performance of the FAO AquaCrop model for wheat grain yield and soil moisture simulation in Western Canada. J. of Agric. Water Manag., 110: 16–24.
Salemi H., Mohd Soom M. A., Lee T. S., Mousavi S. F., Ganji A. and KamilYusoff, M. 2011. Application of AquaCrop model in deficit irrigation management of Winter wheat in arid region. African Journal of Agricultural Research. 610: 2204-2215.
Shamsnia, S. A. and Pirmoradian, N. 2013. Simulation of rainfed wheat yield response to climatic fluctuations using AquaCrop model (case study: Shiraz region in southern of Iran). International Journal of Engineering Science Invention. 2(4): 51-56.
Tavakoli, A. R., Liaghat, A., Ashrafi, Sh. and Abbasi, F. 2008. Chapter II- Supplemental Irrigation in Iran. In: Oweis, T., H., Farahani, H., M. Qadir,M.,J. Anthofer, J.,H. Siadat, H., F. Abbasi F., and A. Bruggeman A., (Eds). Improving On-farm Agricultural Water Productivity in theKarkheh River Basin. Research Report no. 1: A Compendium of Review Papers. ICARDA, Aleppo, Syria. Iv+103.