مدیریت آب در کشاورزی

مدیریت آب در کشاورزی

کاربرد شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) برای برنامه‌ریزی آبیاری گلرنگ در شرایط اقلیمی خوزستان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
سیدمحمدسعید موسوی 1
محمد الباجی 2
عبدعلی ناصری 3
منا گلابی 4
محمدرضا مرادی تلاوت 5
1 دانشجوی دکتری گروه آبیاری و زهکشی،دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
2 دانشیار گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
3 استاد گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط‌زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران
4 دانشیار، گروه آبیاری و زهکشی، دانشکده مهندسی آب و محیط زیست، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران.
5 دانشیار گروه تولید و ژنتیک گیـاهی، دانشـگاه علـوم کشـاورزی و منـابع طبیعی خوزستان، اهواز، ایران
چکیده
شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) روشی کاربردی برای پایش وضعیت آب در گیاه، تشخیص زمان شروع تنش رطوبتی، پیش‌بینی عملکرد محصول و برنامه‌ریزی آبیاری برای محصولات مختلف استفاده می‌شود. دامنه تغییرات شاخص CWSI بین صفر و یک می‌باشد. صفر بدین معنی‌است که گیاه با تنش آبی مواجه نبوده و ایده‌آل‌ترین شرایط را از لحاظ انجام فرآیند تعرق دارد، ولی عدد یک گویای حداکثر تنش آبی وارد شده بر گیاه و توقف کامل تعرق می‌باشد. پژوهش حاضر با هدف محاسبه شاخص CWSI و تعیین آستانه تنش رطوبتی برای گلرنگ و شناسایی مناسب‌ترین مدیریت آبیاری از طریق ارتباط بین شاخص تنش آبی گیاه با مدیریت‌های مختلف کم‌آبیاری در دو فصل زراعی 1400-1399 و 1401-1400 در دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان انجام شد. این طرح در قالب بلوک‌های کامل تصادفی با یک تیمار آبیاری معمولی (CI) و چهار تیمار کم‌آبیاری شامل (RDI80، RDI60: کم‌آبیاری تنظیم شده با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) و (PRD80، PRD60: کم آبیاری به صورت خشکی موضعی ریشه ثابت با تامین 80 و 60 درصد کمبود رطوبت خاک) در چهار تکرار اجرا گردید. نتایج نشان داد، تیمار CI با مقدار 17/0 کمترین و تیمار RDI60 با مقدار 67/0 بیشترین مقدار شاخص تنش آبی را به خود اختصاص دادند. برنامه‌ریزی آبیاری با هدف دستیابی به حداکثر بهره‌وری مصرف آب انجام شد و بر این اساس معادلات حد مجاز اختلاف دمای پوشش سبز گیاه و هوا برای ماه‌های اسفند ((Tc-Ta)a = 1.618 – 0.215 VPD)، فروردین ((Tc-Ta)a = 2.46 – 0.220 VPD) و اردیبهشت ((Tc-Ta)a = 4.636 – 0.164 VPD) به‌دست آمد. آستانه تنش رطوبتی برای گلرنگ، از معادله رگرسیونی بین شاخص CWSI با اختلاف دمای پوشش سبز گیاه و دمای هوای مجاور (Tc-Ta) برابر 61/0 به‌دست آمد که برای منطقه مورد مطالعه و با شرایط پژوهش معرفی شد.
کلیدواژه‌ها
برنامه‌‌ریزی آبیاری
دمای گیاه
کم‌‌آبیاری
گلرنگ
CWSI

عنوان مقاله English

Application of Crop Water Stress Index (CWSI) for scheduling safflower irrigation in Khuzestan climate

نویسندگان English

Seyed Mohammad Saeid Mousavi 1
mohammad Albaji 2
Abd Ali Naseri 3
Mona Golabi 4
Mohammad Reza Moradi Telavat 5
1 Ph.D student, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
2 Associate professor, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
3 professors, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran
4 Associate professor, Faculty of Water and Environmental Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran.
5 Associate professor, Department of Plant Production and Genetics, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestan, Khuzestan, Iran
چکیده English

The Crop Water Stress Index (CWSI) is a practical method for monitoring plant water status, detecting the onset of moisture stress, predicting crop yield, and irrigation schedule for variouscrops. The CWSI values range from zero to one, where zero indicatesthat the plant is not uunderwater stress and has the most ideal conditions for transpiration, while a value of one signifies maximum water stress and complete cessation of transpiration. The present research was conducted to calculate the CWSI,determine the moisture stress threshold for safflower and identify optimal irrigation management practices by analyzing the relationship between the CWSI and various deficit irrigation managements  approaches.The research was carried out over two agricultural seasons, 2020-2021 and 2021-2022at Khuzestan University of Agriculture and Natural Resources. The experiment used a randomized complete blocks design with a conventional irrigation treatment (CI) and four deficit irrigation treatments including (RDI80, RDI60: deficit irrigation adjusted by supplying 80% and 60% of soil moisture deficit, respectively) and (PRD80, PRD60: deficit irrigation in the form of partial root zone drying methods with 80% and 60% of soil moisture deficit, respectively) and with four repetitions. Results showed that the CI treatment had the lowest value of 0.17 and the RDI60 treatment had the highest CWSI at0.67. Irrigation planning was done with the aim of achieving the maximum efficiency of water productivity, and based on this, the relationship between the permissible limit of the temperature difference of the Canopy cover of the plant and the air for the months of March ((Tc-Ta)a = 1.618 - 0.215 VPD), April ((Tc-Ta)a = 2.46-0.220 VPD) and May ((Tc-Ta)a = 4.636-0.164 VPD) were obtained. The moisture stress threshold for safflower was obtained from the regression relationship between the CWSI and the temperature difference of the Canopy cover of the plant and the temperature of the surrounding air (Tc-Ta) equal to 0.61, which was introduced for the study area and with the research conditions

کلیدواژه‌ها English

CWSI
Deficit Irrigation
Plant temperature
Safflower
Scheduling Irrigation
حمدی، ح.، نصرالهی، ع. ح.، شریفی پور، م. و عیسوند، ح. 1397. تعیین شاخص تنش آبی گیاه (CWSI) سویا برای مدیریت آبیاری جهت حداکثر عملکرد و بهره‌‌وری آب. فصل‌‌نامه علمی پژوهشی مهندسی آبیاری و آب. 8 (32): 131-120.
خورسند، ا.، رضاوردی­ نژاد، و.، عسگرزاده، ح.، مجنونی هریس، ا.، رحیمی، ا.، بشارت، س. و صدرالدینی، ع.ا. 1398. تعیین شاخص تنش آبی ( CWSI ) جهت تشخیص تنش آب محصول ذرت در منطقه ارومیه. تحقیقات آب و خاک ایران. 50(4): 884-873.
دهقانی‌‌سانیج، ح.، نخجوانی‌‌مقدم، م. م. و قهرمان، ب. 1395. کاربرد شاخص تنش آبی گیاه برای زمانبندی تک آبیاری گندم دیم )مطالعه موردی در بالادست حوضه کرخه).  نشریه آبیاری و زهکشی ایران. 4(11): 561 – 552.
سعیدی‌‌نیا، م.، هوشمند، ع.، برومندنسب، س.، سلطانی‌‌محمدی، ا. و اندرزیان، ب. 1394. بررسی تأثیر شوری آب آبیاری بر کارایی شاخص CWSI در شرایط اقلیمی اهواز. مجله علوم و مهندسی آبیاری. 39(4): 12-1.
شاهرخ‌‌نیا، م.ع. و خادم‌‌حمزه، ح.ر. 1401. بررسی اثر تنش خشکی بر ارقام گلرنگ و ارائه حدود بحرانی تنش براساس دمای پوشش سبز گیاه. مجله پژوهش آب ایران. ١٦(٣) 4٦: ١٢-١.
فیضی‌‌اصل، و.، فتوت، ا.، آستارایی، ع.ر.، لکزیان، ا. و موسوی‌‌شلمانی، م.ا. 1393. تعیین موازنه آبی و مراحل بحرانی آن در گندم دیم با استفاده از شاخص تنش آبی گیاه. نشریه آب و خاک )علوم و صنایع کشاورزی(. 13(4): 804 - 818.
Abd El-Lattief, A.E. 2013. Safflower yields and water use efficiency as affected by irrigation at different soil moisture depletion levels and plant population density under arid conditions, Archives of Agronomy and Soil Science. 59(11): 1545-1557.
 
Akkuzu, E., Kaya, U., Camoglu, G., Pamuk, G and Asik, S. 2015. Closure to "Determination of Crop Water Stress Index and Irrigation Timing on Olive Trees Using a Handheld Infrared Thermometer" by Erhan Akkuzu, Unal Kaya, Gokhan Camoglu, Glay Pam Mengu, and Serafettin Asik. Journal of Irrigation and Drainage Engineering. 141.10.
Anjum, S.A., Xie, X., Wang, L., Saleem, M.F., Man, C and Lei, W. 2011. Morphological, physiological and biochemical responses of plants to drought stress. African Journal of Agricultural Research. 6(9): 2026- 2032.
Barbosa da Silva,B and Ramana Rao,T.V. 2005. The CWSI variations of a cotton crop in a semi-arid region of Northeast Brazil. Journal of Arid Environments. 62(4): 649-659.
Bellvert, J., Marsal, J., Girona, J and Zarco-Tejada, P.J., 2015. Seasonal evolution of crop water stress index in grapevine varieties determined with high-resolution remote sensing thermal imagery. Irrig. Sci. 33 (2):81–93.
Ben-Gal, A., Agam, N., Alchanatis, V., Cohen, Y., Yermiyahu, U., Zipori, I., Presnov, E., Sprintsin M., and Dag, A., 2009. Evaluating water stress in irrigated olives: Correlation of soil water status, tree water status, and thermal imagery. Irrig. Sci. 27(5): 367–376.
Bijanzadeh, E., Moosavi, S.M and Bahadori, F. 2022. Quantifying water stress of safflower (Carthamus tinctorius L.) cultivars by crop water stress index under different irrigation regimes. Heliyon. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09010.
Bijanzadeh, E. and Emam,Y. 2012. Evaluation of crop water stress index, canopy temperature and grain yield of five Iranian wheat cultivars under late season drought stress. Journal of Plant Physiology and Breeding. 2(1): 23-33.
Colaka,Y.B., Yazarb, A., Colakc, I., Akcaa, H and Duraktekina, G. 2015. Evaluation of crop water stress index (CWSI) for eggplant under varying irrigation regimes using surface and subsurface drip systems. Agriculture and Agricultural Science Procedia. 4:372 – 382.
Costa, J.M., Ortuno, M.F and  Chaves, M.M. 2007. Deficit irrigation as a strategy to save water: physiology and potential application to horticulture. J. Integer. Plant Biol. 49: 1421–1434.
DeJonge, K.C., Taghvaeian, S., Trout, T.J and Comas, L.H. 2015. Comparison of canopy temperature-based water stress indices for maize. Agric. Water Manag. 156: 51–62
Ebrahimian, E., Seyyedi,  S. M., Bybordi, A and Damalas, Ch. A. 2019. Seed yield and oil quality of sunflower, safflower, and sesame under different levels of irrigation water availability. Agricultural Water Management. 218: 149–157.
Elhani. S., Haddadia. M., Csákvárib. E., Zantara. S., Hamima. A., Villányib. V, Douaikc. A and Bánfalvib. Z. 2019. Effects of partial root-zone drying and deficit irrigation on yield, irrigation water-use efficiency and some potato (Solanum tuberosum L.) quality traits under glasshouse conditions. Agricultural Water Management. 224:105745 https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.105745.
Fucs, M and Tanner, C.B. 1966. Infrared thermometry of vegetation. Agron. J. 58: 597–601.
Geerts, S. and Raes, D. 2009. Deficit irrigation as an on-farm strategy to maximize crop water productivity in dry areas. Agric. Water Manage. 96: 1275–1284.
Gonzalez-Dugo, M.P., Moran, M.S., Mateos, L and Bryant, R. 2005. Canopy temperature variability as an indicator of crop water stress severity. Irrigation Science. 24: 233-240.
Hamdi Ahmadabad, Y., Liaghat, A., Sohrabi, T., Rasoulzadeh, A and Ebrahimian, H. 2021. Improving performance of furrow irrigation systems using simulation modelling in the Moghan plain of Iran. Irrigation and Drainage. 70(1): 131-149.
Han, M., Zhang, H., DeJonge, K.C., Comas, L.H and Gleason, S. 2018a. Comparison of three crop water stress index models with sap flow measurements in maize. Agric. Water Manag. 203: 366–375.
Han, M., Zhang, H., Dejonge, K.C., Comas, L.H and Gleason, S. 2018b. Comparison of three crop water stress index models with sap flow measurements in maize. Agric. Water Manage. 203: 366–375.
Hiler,E.A. and Clark, R.N. 1971. Stress day index to characterize effects of water stress on crop yield. Transactions of the ASAE (American Society of Agricultural Engineers). 14(4):757-761.
Idso, S.B., Kackson, R.D., Pinter, P.J., Reginato, R.J and Hatfield, J.L. 1981. Normalizing the stress-degreeday parameter for environmental variability. Agricultural. Meteorology. 24:45-55.
Ihuoma, S and  Madramootoo, C. 2017. Recent advances in crop water stress detection.  Computers and Electronics in Agriculture. 141: 267-275.
Jackson, R.D., Idso, S.B., Reginato, R.J and Pinter, J. P.J. 1981. Canopy temperature as a crop water stress indicator. Water Resources Research. 17:1133.
Janmohammadi, M., Mohammadi, N., Shekari, F., Abbasi, A and Esmailpour, M., 2017. The effects of silicon and titanium on safflower (Carthamus tinctorius L.) growth under moisture deficit condition. Acta Agric. Slov. 109: 443–455.
Karthe, D., Abdullaev, I., Boldgiv, B., Borchardt, D., Chalov, S., Jarsjö, J., Li, L.A and Nittrouer, J. 2017. Water in Central Asia: an integrated assessment for science-based management. Environ Earth Sci. 76: 690.
Keener, M.E. and Kircher, P.L. 1983. The use of canopy temperature as an indicator of drought stress in humid regions. Agric. Forest Meteorol. 28: 339–349.
Khaleghi. M., Hassanpour, F., Karandish. F and Shahnazari. A. 2020. Integrating partial root-zone drying and saline water irrigation to sustain sunflower production in freshwater-scarce regions. Agricultural Water Management. 234: 106094
King, B.A., Tarkalson, D.D., Sharma, V. and Bjorneberg, D.L. 2021. Thermal crop water stress index base line temperatures for sugarbeet in arid western US. Agric. Water Manag. 243: 106459 https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106459.
Kırnak, H., Çopur, O., Doan, E., Bahçeci, I., Demir, S. and Tonkaz, T. 2005. Evaluation of relationship between crop water stress index and generative-fiber characteristics of cotton. GAP IV. Tarım Kong., Sanlıurfa, 21-23 September. pp: 1164-1171.
Kumar, N., Poddar, A., Shankar, V., Ojha, C.S.P and Adeloye, A.J. 2019. Crop water stress index for scheduling irrigation of Indian mustard (Brassica juncea) based on water use efficiency considerations. J. Agron. Crop Sci. 206:148–159.
Lopez, L.R., Arteaga, R.R., Sanchez, C.I., Ojeda, B.W. and Gonzalez, L.V. 2011. Evapotranspiration and Crop Water Stress Index in Mexican Husk Tomatoes (Physalis Ixocarpa Brot). pp: 187-210. In: Evapotranspiration-From Measurements to Agricultural and Environmental Applications. Gerosa G (Editor). Intechwem. Organization.
Luan, Y., Xu, J., Lv, Y., Liu, X., Wang, H. and Liu, S. 2021. Improving the performance in crop water deficit diagnosis with canopy temperature spatial distribution information measured by thermal imaging. Agric. Water Manag. 246, 106699
Nouraki, A., Akhavan, S. and Rezaei, Y. 2017. Evaluation of Crop Water Stress Index (CWSI) for sunflower under different Irrigation Regimes. Journal of Researcher. 9 (7): 59-63.
O’shaughnessy, S.A., Evett, S.R., Colaizzi, P.D. and Howell, T.A. 2017. A crop water stress index and time threshold for automatic irrigation scheduling of grain sorghum. Agric. Water Manag. 107: 122–132.
Osroosh, Y., Peters, R.T., Campbell, C.S and Zhang, Q. 2016. Comparison of irrigation automation algorithms for drip-irrigated apple trees. Comput. Electron. Agric. 128: 87–99.
Saeedinia, M., Broomand Nasab, S., Hooshmand, A., Soltani Mohammadi, A. and Andarzian, B. 2015. Applicability of CWSI index for irrigation scheduling of maize using saline water in Ahvaz. Journal of Water and Soil Science. 26 (1): 173-185.
Sarker, K.K., Hossain, A., Timsina, J., Biswas, S.K., Kundu, B.C., Barman, A., Murad, K.F.I., Akter, F. 2019. Yield and quality of potato tuber and its water productivity are influenced by alternate furrow irrigation in a raised bed system. Agric. Water Manag. 224: 105750.
Seyfi, A., Mirlatifi, M., DehghaniSanij, H. and Torabi, M. 2017. Determination of water stress index for pistachio trees under subsurface drip irrigation method using temperature difference between the air and canopy cover. Journal of Water and Irrigation Management. 4(1): 123-136.
Sezen, S. M., Yazar, A., Daşgan, Y., Yucel, S., Akyıldız, A., Tekin, S. and Akhoundnejad, Y. 2014. Evaluation of crop water stress index (CWSI) for red pepper with drip and furrow irrigation under varying irrigation regimes. Journal of Agricultural Water Management, 143: 59-70.
Shahrokhnia, M.H and Sepaskhah, A.R. 2017. Physiologic and agronomic traits in safflowerunder various irrigation strategies, planting methods and nitrogen fertilization. Ind. Crops Prod. 95:126–139. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.10.021.
Shammout, M. W., Qtaishat, T., Rawabdeh, H and Shatanawi, M. 2018. Improving Water Use Efficiency under Deficit Irrigation in the Jordan Valley. Sustainability 10: 4317.
Ward, F. A and Pulido-Velazquez, M. 2008.Water conservation in irrigation can increase water use. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105 (47): 18215-18220. DOI:10.1073/pnas.0805554105.
Yang, C., Zhang, J. L., Zhang, G., Lu, J. W., Ren, T and Cong, R. H. 2022. Potassium deficiency limits water deficit tolerance of rice by reducing leaf water potential and stomatal area. Agric. Water Manage. 271: 107744 doi: 10.1016/j.agwat.2022.107744.
Yildirim, E., Kirby, J.E., Brown, D.E., Mercier, F.E., Sadreyev, R.I., Scadden, D.T and  Lee. J.T. 2013. Xist RNA is a potent suppressor of hematologic cancer in mice.  National Center for Biotechnology Information. 152(4):727-42.
Zia, S., Spohrer, K., Du,W., Spreer, W., Romano, G., He, X and Müller, J. 2011. Monitoring physiological responses to water stress in two maize varieties by infrared thermography. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 4(3): 7-15.