بررسی میزان جذب آب ریشه گیاه نخود در شرایط کم آبیاری با استفاده از مدل-های مختلف

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، مرکز آموزش عالی کاشمر، کاشمر، ایران

چکیده

برآورد دقیق جذب آب ریشه برای مدیریت آبیاری و پیش­بینی عملکرد محصول ضروری است. در این پژوهش، اثر کم­آبیاری بر میزان جذب آب در دو مدل کلان (مدل­های فدس و ون گنوختن) و یک مدل خرد (ون لایر) با استفاده از داده­های گلخانه­ای نخود مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی با 5 سطح ­آبیاری (120، 100، 80، 60 و 40 درصد نیاز آبی) انجام شد. از تیمار 120 درصد نیاز آبی برای محاسبه جذب آب ریشه پتانسیل استفاده گردید. از تیمارهای 100 و 80 درصد نیاز آبی برای واسنجی مدل­ها و از تیمارهای 60 و 40 درصد نیاز آبی برای صحت­سنجی مدل­ها بهره گرفته شد. پارامترهای هیدرولیکی خاک و جذب آب ریشه برای هر کدام از مدل­ها با استفاده از روش GLUE برآورد گردید. نتایج مرحله واسنجی نشان داد مدل ون­گنوختن به خوبی توانسته است جذب آب ریشه را شبیه­سازی کند، به طوری که آماره­های ضریب تبیین (R2)، ضریب کارایی نش- ساتکلیف (N.S)، میانگین مجذور مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین مطلق خطا (MAE)، کارایی مدل­سازی (ME)  و شاخص توافق (d) به ترتیب 935/0، 91/0، 51/5، 42/0، 92/0، 95/0 به دست آمد. مقادیر شاخص­های مذکور در مرحله صحت­سنجی به ترتیب 872/0، 82/0، 73/11، 6/0، 82/0، 9/0 محاسبه گردید. همچنین نتایج نشان داد مدل خرد ارائه شده توسط ون لایر پایین­ترین عملکرد را داشت که به نظر می­رسد به دلیل فرضیات ساده­کننده (ثابت فرض کردن قطر ریشه و در نظر نگرفتن مقاومت ریشه) در این مدل ­باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigating root water uptake amount in chickpea under deficit irrigation conditions using different models

نویسنده [English]

  • hadi dehghan
Assistant Professor, Water Engineering Department, Kashmar Higher Education Institute, Kashmar, Iran
چکیده [English]

Accurate estimation of root water uptake is essential for irrigation management and yield prediction. In this study, impact of deficit irrigation on water uptake amount was studied in two macro models (Feddes; Van Genuchten) and one micro model (Van Lier) using greenhouse data of chickpea. Irrigation treatments included five irrigation levels of 120, 100, 80, 60, and 40 percent of water requirement. To estimate potential water uptake, 120% treatment was used. Also 100% and 80% treatments were used for calibration of the models and 60% and 40% treatments for validation of the models. Hydraulic parameters of soil and root water uptake for each of the models were estimated utilizing GLUE method. The results of calibration stage indicated Van Genuchten model is able to simulate root water uptake well, as the parameters of R2, NS, NRMSE, MAE, ME, and dare 0.935, 0.91, 5.51, 0.42, 0.92, 0.95, respectively. The values in validation stage are 0.872, 0.82, 11.73, 0.6, 0.82, 0.9, respectively. The findings also showed the micro model presented by Van Lier has the weakest function due to very simplifying assumptions (considering fixed root diameter and disregarding root tolerance).

کلیدواژه‌ها [English]

  • root
  • Feddes
  • Chickpea
  • Van Genuchten
  • Van Lier

خوشخو، ی.، ایران نژاد، پ.، خلیلی، ع.، رحیمی، ح.، لیاقت، ع و پ.  جانسن. 1392. واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل COUP برای شبیه­سازی دمای خاک در ایستگاه سینوپتیک همدان. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، سال بیست و هفتم، شماره 5، ص 939- 928.

شفیعی، م.، قهرمان، ب.، ثقفیان، ب.، داوری، ک و م. وظیفه­دوست. 1393. واسنجی و تحلیل عدم قطعیت مدل SWAP با استفاده از روش GLUE. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، سال بیست و هشتم، شماره 2، ص 488- 477.

علیزاده، ا. 1384. رابطه آب و خاک و گیاه (چاپ پنجم). انتشارات دانشگاه امام رضا (ع). 222 صفحه.

علیزاده، ح. ع.، لیاقت، ع.، و م. نوری محمدیه. 1388. ارزیابی توابع کاهش جذب آب توسط گوجه فرنگی در شرایط تنش همزمان شوری و خشکی، نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، سال بیست و سوم، شماره 3، ص 97- 88.

Beven,  K.  and A. Binley. 1992.  The  future  of  distributed models: Model calibration   and   uncertainty   prediction. Hydrological Processes, 6(3): 279-298.

Brooks, R., and T. Corey.1964. Hydraulic properties of porous media. In: Hydrology. Colo. State University, Fort Collins, 27 p.

Casaroli, D., van Lier, Q. D. J., and D. D. Neto. 2010. Validation of a root water uptake model to estimate transpiration constraints. Agricultural water management, 97(9): 1382-1388.

Cowan,  I.R.  1965. Transport  of  water  in  the  soil  plant  atmosphere  system.  J. Appl. Ecol. 2: 221–239.

De Jong Van Lier, Q., Van Dam, J.C., Metselaar, K., De Jong, R. and W.H.M. Duijnisveld. 2008. Macroscopic root water uptake distribution using a matric flux potential approach. Vadose Zone Journal, 7(3): 1065-1078.

Doorenbos, J. and A. H.  Kassam. 1979. Yield response to water. Irrigation and drainage paper, 33, p.257.

Dudley, L. M., and U. Shani. 2003. Modeling plant response to drought and salt stress. Vadose Zone Journal, 2(4): 751-758.

Durigon, A., Alex dos Santos, M., de Jong van Lier, Q. and K. Metselaar. 2012. Pressure heads and simulated water uptake patterns for a severely stressed bean crop. Vadose Zone Journal, 11(3).

Faria, L.N., Da Rocha, M. G., Van Lier, Q.D.J. and D. Casaroli. 2010. A split-pot experiment with sorghum to test a root water uptake partitioning model. Plant and soil, 331(1-2): 299-311.

 

Feddes, R. A. , P. J. Kowalik, H. Zaradny. 1978. Simulation of field water use and crop yield. Simulation Monographs. Pudoc, Wageningen, The Netherlands.

Fujimaki, H., Ando, Y., Cui, Y. and M. Inoue. 2008. Parameter estimation of a root water uptake model under salinity stress. Vadose Zone Journal, 7(1): 31-38.

Gardner, W.R. 1960. Dynamic aspects of water availability to plants. Soil science, 89(2): 63-73.

Green, S.R., Kirkham, M.B. and B. E. Clothier. 2006. Root uptake and transpiration: From measurements and models to sustainable irrigation. agricultural water management, 86(1-2): 165-176.

Homaee, M., Dirksen, C., and R. A.  Feddes. 2002 a. Simulation of root water uptake: I. Non-uniform transient salinity using different macroscopic reduction functions. Agricultural Water Management, 57(2): 89-109.

Homaee, M. , Feddes, R. A. and C.  Dirksen. 2002b. Simulation of root water uptake. II. Non-uniform transient water stress using different reduction functions. Agricultural Water Management, 57 (2): 111-126.

Hupet, F., Lambot, S., Javaux, M. and M. Vanclooster. 2002. On the identification of macroscopic root water uptake parameters from soil water content observations. Water resources research, 38(12): 1–14.

Hupet, F., Trought, M.C.T., Greven, M., Green, S.R., Clothier, B.E. (2005). Data requirements for identifying macroscopic water stress parameters: a study on  grapevines. Water resources research, 41: 1–15.

Ji, J., Cai, H., He, J. and H. Wang. 2014. Performance evaluation of CERES-Wheat model in guanzhong plain of Northwest China. Agricultural water management, 144:1-10.

Krounbi, L. (2011). Root water uptake under deficit irrigation: Model calibration and comparison (Doctoral dissertation, Ben-Gurion University of the Negev).

Luo, Y., Ouyang, Z., Yuan, G., Tang, D., and X. Xie. 2003. Evaluation of macroscopic root water uptake models using lysimeter data. Transactions of the ASAE, 46(3): 625-634.

Philip, J.R. 1957. The physical principles of soil water movement during the irrigation cycle. p. 125–154. In Proc. Congr. Int. Comm. on Irrigation and Drainage, 8th. 3rd ed. ICID, San Francisco, CA.

Rasiah, V., G.C. Carison, and R.A. Kohl. 1992. Assessment of functions and parameter estimation methods in root water uptake simulation. Soil Science Society of America Journal, 56(4): 1267-1271.

Rawls, W.J., Brakensiek, D.L., Saxton, K.E., 1982. Estimation of soil water properties.Trans. ASAE 25, 1316–1320.

Sadeghi, M., Ghahraman, B., Davary, K., Hasheminia, S.M. and  K. Reichardt. 2011. Scaling to generalize a single solution of Richards' equation for soil water redistribution. Scientia Agricola, 68(5): 582-591.

Skaggs, T.H., P.J. Shouse, and J.A. Poss. 2006. Irrigation of forage crops with saline drainage waters: 2. Modeling root uptake and drainage. Vadose Zone J. 5:824–837.

Taylor, S.A. and G. L. Ashcroft. 1972. Physical edaphology. The physics of irrigated and nonirrigated soils.

Van Genuchten, M. 1987. A numerical model for water and solute movement in and below the root zone. Res. Rep. 121. US Salinity Lab., Riverside, CA. A numerical model for water and solute movement in and below the root zone. Res. Rep. 121. US Salinity Lab., Riverside, CA.

Vrugt, J.A., J.W. Hopmans, and J. Simunek. 2001a. Calibration of a two-dimensional root water uptake model. Soil Science Society of America Journal, 65(4): 1027-1037.

Vrugt, J.A., Wijk, M.V., Hopmans, J.W. and J. Šimunek. 2001b. One-, two-, and  three-dimensional root water uptake functions from transient modeling. Water Resources Research, 37(10): 2457-2470.

Wang, J., Huang, G., Zhan, H., Mohanty, B.P., Zheng, J., Huang, Q. and X. Xu. 2014. Evaluation of soil water dynamics and crop yield under furrow irrigation with a two-dimensional flow and crop growth coupled model. Agricultural water management, (141) : 10-22.

 

Wang, L., Shi, J., Zuo, Q., Zheng, W. and X. Zhu. 2012. Optimizing parameters of salinity stress reduction function using the relationship between root-water-uptake and root nitrogen mass of winter wheat. Agricultural water management, (104): 142-152.

Yanagawa, A. and H. Fujimaki. 2013. Tolerance of canola to drought and salinity stresses in terms of root water uptake model parameters. Journal of Hydrology and Hydromechanics, 61(1): 73-80.

 Zuo, Q. and R. Zhang. 2002. Estimating root-water-uptake using an inverse method. Soil Science, 167(9): 561-571.

 Zuo, Q., Meng, L. and R. Zhang. 2004. Simulating soil water flow with root-water-uptake applying an inverse method. Soil science, 169(1): 13-24.