ارزیابی مدل Aquacrop در شبیه‌سازی عملکرد ذرت تحت تیمارهای کم‌آبیاری و کاربرد سطوح مختلف سوپر جاذب

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار پژوهشی بخش آبیاری و فیزیک خاک موسسه تحقیقات خاک و آب

2 2 گروه علوم و مهندسی آب، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

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

چکیده

کم‌آبیاری و کاربرد سوپر جاذب به‌عنوان روش‌هایی جهت افزایش کارایی مصرف آب توصیه‌شده‌اند. براین اساس، با توجه به اینکه مدل AquaCrop قابلیت مدل‌سازی رشد گیاه را دارد، در این تحقیق از این مدل به‌منظور شبیه‌سازی رشد و عملکرد ذرت تحت تیمارهای کم‌آبیاری و کاربرد سوپر جاذب استفاده شد. این آزمایش در سال 1395 در مزرعه‌ای به مساحت 1072 مترمربع در شهرستان اهواز آزمایش در قالب طرح کرت‌های خردشده بر پایه بلوک‌های کامل تصادفی در 12 تیمار و سه تکرار انجام شد. تیمارهای مورداستفاده در این آزمایش شامل مقدار آب آبیاری کاربردی (در سه سطح، 1I، I2 و I3 به ترتیب با 100، 75 و 50 درصد نیاز آبی گیاه) و چهار سطح سوپر جاذب (S0،S1، S2 و S3 به ترتیب با صفر،: 3/0،: 6/0 و: 8/0 گرم در هر کیلوگرم خاک) بود. نتایج نشان داد که بیشترین اختلاف بین مقادیر شبیه‌سازی‌شده و مقادیر اندازه‌گیری شده در تیمار I2S2 و کمترین اختلاف بین مقادیر اندازه‌گیری شده و شبیه‌سازی‌شده نیز در تیمار I1S0 مشاهده شد. مقادیر آماره‌ی RMSE برای شبیه‌سازی عملکرد دانه، زیست‌توده، کارایی مصرف آب و شاخص برداشت به ترتیب برابر 72/0، 35/1 تن بر هکتار و 20/0 کیلوگرم بر مترمکعب و 07/0 شد. مقادیر آماره MBE نیز برای عوامل مذکور به ترتیب برابر با 09/0-، 65/0 تن بر هکتار و 02/0- کیلوگرم بر مترمکعب و 01/0- برآورد شد. دامنه‌ی تغییرات شاخص d و NRMSE به ترتیب برابر با 95/0-47/0 و 23/0-13/0 بود. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده از دو آماره‌ی EF و R2نیز می‌توان دقت قابل قبولی برای این مدل در نظر گرفت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of AquaCrop Model to Simulate Corn Yield under Water deficit and Superabsorbent application

نویسندگان [English]

  • Niaz Ali Ebrahimipak 1
  • Aslan Egdarnejad 2
  • Davoud Khodadadi Dehkordi 3
3 Department of Water Sciences and Engineering, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

Deficit irrigation and application of superabsorbent are methods to increase water use efficiency. Regarding the purpose, In order to simulate corn growth and yield by considering deficit irrigation and superabsorbent polymer application, AquaCrop model have been used due to its capabilities. This study was conducted as a split plot based on the randomized complete block design (with 12 treatments and three replicates) at a research field during 2016, in Ahvaz. Treatments consist of irrigation amount (in three levels; I1, I2 and I3 as 100, 75 and 50% irrigation demand, respectively) and superabsorbent polymer application (at four amounts; S0, S1, S2 and S3 as zero, 0.3, 0.6 and 0.8 g.kg-1 soil, respectively). The greatest difference between simulated and measured output was obtained in I2S2 and the lowest one was measured in I1S0. Values of RMSE for grain yield, biomass, water use efficiency and harvest index were 0.72 ton.ha-1, 1.35 ton.ha-1, 0.2 kg.m-3 and 0.07, respectively. Values of MBE for mentioned parameters were -0.09 ton.ha-1, 0.65 ton.ha-1, -0.02 kg.m-3 and -0.01, respectively. NRMSE and d values ranged between 0.47-0.95 and 0.13-0.23, respectively. Values of EF and R2 were also appropriated in this research. So, According to results, it is suggested to use this model for simulation of corn yield and growth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Key words: Sensitive Analysis
  • water stress
  • Water Use Efficiency
  • Crop Modeling

 

منابع

آقایاری، ف.، ف. خلیلی و م. اردکانی. 1395. تأثیر کم‌آبیاری، آبیاری موضعی و پلیمر سوپرجاذب بر عملکرد و اجزای عملکرد ذرت هیبرید سینگل کراس 703. نشریه حفاظت منابع آب و خاک، سال ششم، شماره 1، ص 14-1.

بابازده، ح. و سرایی تبریزی، م. 1391. ارزیابی مدل AquaCrop تحت شرایط مدیریت کم‌آبیاری سویا. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی). 26(2): 339-329.

حسن‌لی، م.، پ. افراسیاب و ح. ابراهیمیان. 1394. ارزیابی مدل‌های AquaCrop و SALTMED در تخمین عملکرد محصول ذرت و شوری خاک. تحقیقات آب و خاک ایران، سال چهل و ششم، شماره 3، ص 498-487.

حیدری‌نیا، م.، ناصری، ع.، و برومندنسب، س. 1391. بررسی امکان کاربرد AquaCrop در برنامه‌ریزی آبیاری آفتابگردان در اهواز. مجله مهندسی منابع آب. 5(1): 41-39.

خرسند، ا.، وردی‌نژاد، و.، و شهیدی، ع. 1393. ارزیابی عملکرد مدل AquaCrop در پیش‌بینی عملکرد گندم، رطوبت و شوری نیمرخ خاک تحت تنش‌های شوری و کم‌آبیاری. مدیریت آب و آبیاری. 4(1): 104-89.

رحیمی‌خوب، ح.، ع. ستوده‌نیا و ع. مساح‌بوانی. 1393. واسنجی و ارزیابی مدل AquaCrop برای ذرت علوفه‌ای منطقه قزوین. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال اول، شماره 8، ص 115-108.

رضایی، ز.، رفیعی‌الحسینی، م.، و محمدخانی، ع. 1395. اثر نسبت‌های مختلف پلیمر سوپرجاذب و کود دامی بر برخی صفات مرفولوژیکی و تولید اسانس رازیانه تحت شرایط تنش خشکی. مجله به‌زراعی کشاورزی. زیر چاپ.

روستایی، خ.، م. موحدی دهنوی، س. ع. خادم و ح. اولیایی. 1391. اثر نسبت‌های مختلف پلیمر سوپرجاذب و کود دامی بر خواص کمی و کیفی سویا تحت تنش خشکی. مجله به‌زراعی کشاورزی، سال چهاردهم، شماره 1، ص 42-33.

ضیایی، غ.، ح. بابازاده، ح. عباسی و ف. کاوه. 1393. بررسی عملکرد مدل‌های AquaCrop و CERES-Maize در برآورد اجزای بیلان آب خاک و عملکرد ذرت. تحقیقات آب و خاک ایران، سال چهل و پنجم، شماره 4، ص 445-435.

علیزاده، ح. ع.، ب. نظری، م. پارسی‌نژاد، ه. رمضانی اعتدالی و ح. ر. جانباز. 1389، ارزیابی مدل AquaCrop در مدیریت کم‌آبیاری گندم در کرج. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، سال بیست و چهارم، شماره 2، ص 283-273.

کوهستانی، ش.، عسکری، ن.، و مقصودی، ک. 1388. بررسی تأثیر هیدروژل‌های سوپرجاذب بر روی عملکرد ذرت دانه‌ای تحت شرایط تنش خشکی. مجله پژوهش آب ایران. 3(5): 78-71.

مجیدیان، م. و غدیری، ح. 1381. تأثیر تنش رطوبت و مقادیر مختلف کود نیتروژن در مراحل مختلف رشد بر عملکرد، اجزای عملکرد، کارایی استفاده از آب و برخی ویژگی‌های فیزیولوژیک گیاه ذرت. مجله علوم کشاورزی ایران. 33(3): 533-521.

مجیدیان، م.، ا. قلاوند، ن. ع. کریمیان و ع. ا. کامکارحقیقی. 1387. تأثیر تنش رطوبت، کود شیمیایی نیتروژنه، کود دامی و تلفیقی از کود نیتروژن و کود دامی بر عملکرد، اجزای عملکرد، راندمان استفاده از آب ذرت سینگل کراس 704. مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی، سال دوازدهم، شماره 45، ص 432-417.

محمدی، م.، ک. داوری، ب. قهرمان، ح. انصاری و ا. حق‌وردی. 1394. واسنجی و صحت‌سنجی مدل AquaCrop برای شبیه‌سازی عملکرد گندم بهاره تحت تنش همزمان شوری و خشکی. پژوهش آب در کشاورزی، سال بیست و نهم، شماره 3، ص 295-277.

مسلمی، ز. 1389. بررسی تأثیر پلیمر سوپرجاذب و کودهای زیستی PGPR بر رشد و عملکرد ذرت تحت شرایط تنش خشکی و نرمال. پایان نامه کارشناسی ارشد. دانشگاه آزاد واحد کرج. دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی.

مؤذن قمصری، ب.، غ. ع. اکبری، م. ج. ظهوریان و ا. ب. نیک‌نیایی. 1388. بررسی عملکرد و شاخص‌های عملکرد رشد گیاه ذرت علوفه‌ای تحت تأثیر کاربرد مقادیر مختلف سوپرجاذب (سوپر آب A-200) تحت شرایط تنش خشکی. مجله علوم گیاهان زراعی ایران، سال چهلم، شماره 3، ص 8-1.

نورزاده حداد، م.، حسنی، ا.، و کرمی‌مقدم، م. 1396. بررسی و مقایسه کارایی استفاده از پلیمرهای سوپرجاذب آکواسورب و اکسپتا در بهبود خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک و عملکرد گوجه فرنگی در شرایط گلخانه. آب و خاک. 31(1). زیر چاپ.

وطن‌خواه، ا. و ح. ابراهیمیان. 1395. ارزیابی مدل AquaCrop در شبیه‌سازی عملکرد ذرت علوفه‌ای در طول جویچه. تحقیقات آب و خاک ایران، سال چهل و هفتم، شماره 3، ص 504-495.

Abedinpour, M., Sarangi, A., Rajput, T. B. S., Singh, M. H., Pathak, H., and Ahmad, T. 2012. Performance evaluation of AquaCrop model for maize crop in a semi-arid environment. Agricultural Water Management. 110: 55-66.

Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D., and Smith, M. 1998. Crop evapotranspiration. Guidelines for computing crop water requirements. Rome: FAO.

Andarzian, B., Bannayanb, M., Stedutoc, P., Mazraeha, H., Barati, M.E., Barati, M.A., and Rahnama, A. 2011. Validation, and testing of the AquaCrop model under full and deficit irrigated wheat production in Iran. Agricultural Water Management, 100:1-8.

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.

Blum, F.A. 2009. Effective use of water (EUW) and not water-use efficiency (WUE) is the target of crop yield improvement under drought stress. Field Crops Research. 112: 119-123.

Boogaard, H.L., Van Diepen, C.A., Rotter, R.P., Cabrera, J.M.C.A. and Van Laar, H.H. 1998. WOFOST 7.1; user's guide for the WOFOST 7.1 crop growth simulation model and WOFOST Control Center 1.5 (No. 52). SC-DLO.

Cheong, Y.H., Kim, K.N., Pandey, G.K., Gupta, R., Grant, J.J., and Luan, S. 2003. A calcium sensor that differentially regulates salt, drought and cold responses in Arabidopsis. The Plant Cell. 15:1833-1845.

De Juan Valero, J. A. M., Maturano, A., Artigao, J. M., Ramirez,T. M. B., and Ortega, A. J. F. 2005. Growth and nitrogen use efficiency of irrigated maize in a semiarid region as affected by nitrogen fertilization. Spanish Journal of Agricultural Research. 3(1): 134-144.

Debaek, P and Aboudrare, A. 2004. A. 2009. Adaptions of crop manage to water-limited environments. European Journal of Agronomy. 21: 433-446.

Doorenbos, J. and A. H. Kassam. 1979. Yield response to water. Rome. FAO.

Farre, F., and Faci, J.M., 2009. Deficit irrigation in maize for reducing agricultural water use in a Mediterranean environment. Agricultural Water Management. 96: 384-394.

Fereres, E.M and Soriano, A. 2007. Deficit irrigation for reducing agricultural water use: integrated approaches to sustain and improve plant production under drought stress special issue. Journal of Botany. 58:147–159.

Geerts, S. and D. Raes. 2009. Deficit irrigation as on-farm strategy to maximize crop water productivity in dry areas. Agricultural Water Management, 96: 1275-1284.

Green, C.H., Foster, C., Cardon, G.E., Butters, G.L., Brick, M., and Ogg, B., 2004. Water release from cross-linked polyacrylamide. Colorado State University, Ft. Collins, CO, p. 252-260.

Heng, L. k., T. C. Hsiao, S. Evett, T. Howell and P. Steduto. 2009. Validating the FAO AquaCrop model for Irrigated and Water Deficient field maize, Agronomy Journal, 101(3): 488-498.

Horemans, J. A., Van Gaelaen, H., Raes, D., and Zenone, T. 2017. Can the agricultural AquaCrop model simulate water use and yield of a poplar short-rotation coppice?, Bioenergy, 9(6): 1151-1164.

Hussein, F, Janat, M and Yakoub, A, 2011. Simulating cotton yield response to deficit irrigation with the FAO AquaCrop model. Spanish Journal of Agricultural Research, 9(4):1319-1330.

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.

Liu, J., Wiberg, D., Zehnder, A., and Yang, H., 2007. Modeling the role of irrigation in winter wheat yield, crop water productivity and production in China, Irrigation Science. 26:21–23.

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.

Nazarli, H., Zardashti, M.R. Darvishzadeh, R., and Najafi, S., 2010. The effect of water stress and polymer on water use efficiency, yield and several morphological traits of sunflower. Not Sci. Biol. 2(4): 53-58.

Paredes, P. and M. O. Torres. 2017. Parameterization of AquaCrop model for vining pea biomass and yield predictions and assessing impacts of irrigation strategies considering various sowing dates. Irrigation Science, 35(1): 27-41.

Pereira, L. S., Oweis, T., and Zairi, A. 2002. Irrigation management under water scarcity. Agricultural Water Management. 57: 175-206.

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.

Raes, D., P. Steduto, T. C. Hsiao and E. Freres. 2012. Reference manual AquaCrop, FAO, land and water division, Rome Italy.

Raes, D., Steduto, P., Hsiao, T.C. and Freres, E. 2012. Refrence manual AquaCrop, FAO, land and water division, Rome Italy.

Salemi, H., Mohd Soom, M.A., Lee, T.S., and 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.

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.101:426–437.

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, S., Stockle, C. and Steduto, P. 2009. Asswssment of AQUACROP, cropsyst, and wofost models in the simulation of sunflower growth under different water regimes. Agronomy Journal. 101: 509-521.

Trajkovic, S., and Kolakovic, S. 2009. Evaluation of reference evapotranspiration equations under humid conditions. Water Resource Management 23(14): 3057-3067.

Westgate, M.E. 1994. Water status and development of the maize endosperm and embryo during drought, Crop Science. 34:76-83.

Widiastuti, N., Wu, H., Ang, M., and Zhang, D.K., 2008. The potential application of natural zeolite for greywater treatment. Desalienation. 218: 271- 280.

Wu, L., Liu, M., and Liang, R., 2008. Preparation and properties of a double-coated slow-release NPK compound fertilizer with superabsorbent and water-retention. Biores. Technol. 99: 547-554.