تاثیر پارامترهای ورودی نرم افزار Hydrus 3D روی شبیه‌سازی همزمان حرکت آب و جذب ریشه چغندرقند

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

پیش­بینی دقیق حرکت آب درخاک و جذب ریشه، در راستای ایجاد شرایط رطوبتی بهینه منطقه ریشه، برای افزایش عملکرد گیاه اهمیت بسیار زیادی دارد. در این پژوهش، حرکت آب در خاک و جذب ریشه چغندرقند، به­صورت همزمان با استفاده از نرم­افزار HYDRUS 3D شبیه­سازی و تاثیر روش­های استخراج پارامترهای ورودی، روی دقت شبیه­سازی مورد ارزیابی قرار گرفت. برای این منظور، گیاه چغندرقند در سه لایسیمتر با بافت خاک یکسان کشت شد. آبیاری­ها به­صورت دو بار در هفته (ساعت 8 یکشنبه و ساعت 16 چهارشنبه)، انجام شد. رطوبت حجمی خاک قبل از هر آبیاری و آب زهکشی شده از لایسی­مترها بعد از هر آبیاری، اندازه­گیری شد. تابع هدف، مقادیر حجم آب زهکش شده از زیر لایسی­مترها در زمانهای مختلف بود. با اندازه­گیری، محاسبه یا شبیه­سازی، پارامترهای ورودی نرم افزار HYDRUS 3D شامل رطوبت اولیه (به دو روش)، رطوبت اشباع (به سه روش)، رطوبت باقیمانده (به دو روش) و هدایت هیدرولیکی اشباع خاک (به دو روش)، استخراج و شبیه­سازی تکمیل گردید. نتایج نشان داد در حالتی که از رطوبت باقیمانده اندازه­گیری شده (با روش دستگاه صفحات فشاری)، رطوبت اشباع مستخرج از نرم­افزار RETC، رطوبت اولیه اندازه­گیری شده (با روش توزین) و هدایت هیدرولیکی اشباع مستخرج از نرم­افزار Rosetta در شبیه­سازی استفاده شود، دقت شبیه­سازی بیشترین مقدار خواهد بود. در حالت ذکر شده مقادیر خطای نسبی، متوسط مجذور مربعات خطا، میانگین خطای مطلق، نسبت خطای متوسط هندسی و ضریب تبیین، به­ترتیب 58/17درصد، 759/0 لیتر، 866/0، 777/0 و 885/0 بود. همچنین بررسی مقادیر GMER نشان داد که در بیشتر شبیه­سازی­ها مدل کم برآورد می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of Hydrus 3D Input Parameters on Simultaneous Simulation of Water Movement and Sugar Beet Root Water Uptake

نویسنده [English]

  • Majid Raoof
University of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]

The accurate prediction of soil water movement and root uptake are very important to provide optimal root zone moisture conditions for increasing plant yield. In this study, soil water movement and sugar beet root uptake were simultaneously simulated, using HYDRUS 3D software, and the effect of extraction methods of input parameters on the accuracy of simulation were evaluated. For this purpose, sugar beet was cultivated in three lysimeters with identical soil texture. Irrigation was performed twice a week (8 on Sunday and 16 on Wednesday). Volumetric water content and drainage water volume from lysimeters were measured before and after each irrigation, respectively. The volume of drainage water from the lysimeters at different times, was selected as objective function. Using measurement, calculation or simulation, the hydrus 3D software input parameters including initial moisture (with two methods), saturated moisture (with three methods), residual moisture (with two methods) and saturated hydraulic conductivity (with two methods), extracted and simulation were completed. The results showed that if the residual moisture derived from measurement (by pressure plate method), saturated moisture derived from RETC software, initial moisture derived from measurement (measured by weighing method) and hydraulic conductivity derived from Rosetta software, were used in the simulation, the simulation accuracy will be highest. The values of relative error, root mean square error, mean absolute error, geometric mean error ratio and coefficient of determination are 17.58%, 0.759 liters, 0.866, 0.777 and 0.885, respectively. Values of GMER parameter, also, showed that in most simulations the model is underestimated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Numerical Solution
  • Underestime
  • Retc
  • Rosetta
ابراهیمی، ف. و م. رئوف. 1394. تاثیر سطوح مختلف ورودی نرم افزار Rosetta در تخمین خصوصیات هیدرولیکی خاک با استفاده از نرم افزار Hydrus 2D و اثر تغییر کاربری اراضی بر آنها. آبیاری و زهکشی ایران. 9 (2): 313-303.
ابراهیمی، ف. و م. رئوف. 1395. اثر تغییر کاربری اراضی بر هدایت هیدرولیکی غیراشباع خاک در شرایط غیرماندگار و ارزیابی برخی اطلاعات جهانی. پژوهش­های خاک، سال سی­ام، شماره 3، ص 328-319.
اکبری باصری، ز.، م. رئوف، ع. رسولزاده و ج. عزیزی. 1394. مدل­سازی همزمان جریان آب خاک و جذب ریشه در لایسیمتر. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه محقق اردبیلی. 101 ص.
بشارت، س.، ج. بهمنش، ح. رضایی و ر. دلیر حسین نیا. 1393. ارزیابی مدل Hydrus – 2D در نفوذ آب به خاک با استفاده از اندازه گیری های آزمایشگاهی در لایسیمتر وزنی. پژوهش های حفاظت آب و خاک، سال بیست و یکم، شماره 5. ص 306-297.
بشارت، س.، ا. ح. ناظمی،  ع. ا. صدرالدینی وص. شهمراد. 1390.  استفاده از نرم افزار Hydrus در شبیه سازی حرکت و جذب آب در خاک و ارائه نرم افزار Swmrum. دانش آب و خاک، سال بیست و یکم، شماره 4. ص 137-121.
دهقان، ه. 1397. بررسی میزان جذب آب ریشه گیاه نخود در شرایط کم آبیاری با استفاده از مدلهای مختلف. مهندسی آبیاری و آب. سال هشتم، شماره 3. ص 223-210.
زارع، ح.، س. بشارت، ک. زینال­زاده و م. نشاطی­راد. 1392. مدل جریان آب در خاک و جذب آب توسط گیاه. دومین کنفرانس بین­المللی مدل­سازی گیاه، آب، خاک وهوا، دانشگاه باهنر کرمان، کرمان.
طالقانی، د.، ف. حبیبی، و. عابدی، ج. قهاری، م. ا. جگینی و ب. م. قاسمی. 1383. تعیین تراکم گیاه و فاصله ردیف­های چغندرقند در سیستم آبیاری قطره­ای. ششمین کنگره کشاورزی و پرورش گیاهان. بابلسر، دانشگاه مازندران.
عباسی، ف. 1386. فیزیک خاک پیشرفته. چاپ اول، تهران، انتشارت و چاپ دانشگاه تهران، 250 صفحه.
میرزایی، ع. ا. و ا. ح. ناظمی. 1390. شبیه سازی حرکت شوری درخاک با استفاده ازمدل Hydrus 2D. مهندسی آبیاری و آب. سال اول، شماره 3. ص 70-59.
Bechmann, M., C. Schneider, A. Carminati, D. Vetterlein, S. Attinnger and A. Hidebrandt. 2014. Effect of parameter choice in root water uptake models – the arrangement of root hydraulic properties within the root architecture affects dynamics and efficiency of root water uptake. Hydrol. Earth Syst. Sci., 18: 4189–4206.
Cote, C. M., K. L. Bristow, P. B. Charleworth and F. J. Cook. 2003. Analysis of soil wetting and solute transport in sub-surface trickle irrigation. J Irrig Drain Eng. 22(3-4):143-156.
Lynch, J. P. and K. M. Brown. 2001. Topsoil foraging: an architectural adaptation to low phosphorus availability. Plant and Soil. 237: 225–237.
Meshkat, M., R. C. Warner and S. R. Workman. 1999. Modeling of evaporation reduction in drip irrigation system. J Irrig Drain Eng. 125(6): 315-323.
Mualem, Y. 1976. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resour. Res. 12(3): 513-522.
Raoof, M., A. A. Sadraddini, A. H. Nazemi and S. Marofi. 2009. Estimating saturated and unsaturated hydraulic conductivity and sorptivity coefficient in transient state in sloping lands. Journal of Food, Agriculture & Environment. 7 (3&4): 861-864.
Richards, L. A. 1931. Capillary conduction of liquids in porouse mediums. Physics. 1:318-333.
Schmitz, G. H., N. Shutze and U. Petersohn. 2002. New strategy for optimizing water application under trickle irrigation. J Irrig Drain Eng. 128(5): 287-297.
Simunek, J., M. Sejna and M. van Genuchten. 2006. The HYDRUS- 2D softrtare package for simulating two- dimensional movement of water, heat, and multiple solutes in variable saturated media. Version 2.o IGWMC-TPS-53 International Ground water Modeling center, Colorado school of mines, Golden, co.
Simunek J. and J. W. Hopmans. 2009. Modeling compensated root water and nutrient uptake. Ecological modeling. 220 (4). 505-521.
Van Genuchten, M. 1980. A close-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 44: 892–898.
Wagner, B., V. Tarnawski, R. Hennings, V. Müller, U. Wessolek, R. Plagge. 2001. Evaluation of pedo-transfer functions for unsaturated soil hydraulic conductivity using an independent data set. Geoderma, 102: 275-297.