شبیه‌سازی شاخص‌های بهره‌وری آب با استفاده از مدل اگروهیدرولوژیکی SWAP و مقایسه آن با شرایط مزرعه‌ای در خاک‌ شالیزاری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم خاک، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 استادیار، گروه علوم خاک، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

3 استادیار گروه مهندسی آب، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

4 موسسه تحقیقات برنج کشور . سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، رشت ، ایران

چکیده

در دهه­های اخیر مدل­های زیادی برای شبیه­سازی مدیریت آب در مزرعه بسط یافته و تمرکـز اصـلی پژوهش­گران بـه‌دسـت آوردن محصـول بیشـتر بـه ازای واحد آب مصرفی است. بهره­وری آب بیان­گر مقدار عملکرد محصول به ازای هر واحد آب کاربردی است. با توجه به محدودیت منابع آب و مصرف بهینه آن در راستای صرفه‌جویی و افزایش بهره‌وری آب، پژوهش حاضر با هدف شبیه‌سازی شاخص­های بهره­وری آب برای محصول برنج رقم هاشمی با استفاده از مدل آگروهیدرولوژیکی SWAP در خاک‌های شالیزاری در مقیاس مزرعه‌ای انجام شد. برای اندازه­گیری مقدار تبخیر-تعرق واقعی از دو لایسیمتر ته بسته استفاده شد. مقدار تبخیر-تعرق به‌صورت روزانه اندازه­گیری و بهره‌وری آب آبیاری (WPir) و بهره­وری بر حسب تبخیر-تعرق (WPET) محاسبه گردید. سپس مقادیر اندازه‌گیری‌شده با برآورد‌شده از مدل SWAP مقایسه شدند. نتایج نشان داد که مدل SWAP از دقت بسیار خوبی در برآورد میزان عملکرد (90/0R2= و 73/648RMSE= ) و میزان آب مصرفی در فرایند تبخیر-تعرق (89/0R2= و 07/164RMSE=) برخوردار می­باشد. با استفاده از مدل واسنجی شده SWAP، شاخص­های بهره‌وری آب حاصل از تقسیم عملکرد بر تبخیر- تعرق (WPET) و عملکرد بر آب آبیاری (WPir) در مزرعه مورد مطالعه به­ترتیب برابر با مقدار 876/0 و 553/0 کیلوگرم بر متر مکعب تخمین زده شد. همچنین نتایج نشان داد که با افزایش راندمان آبیاری، حذف نفوذ عمقی و کاهش تبخیر کارایی مصرف آب به میزان 30% افزایش می‌یابد. به­طور کلی به­منظور مدیریت صحیح مزارع شالیزاری در سطح نسبتا وسیع و با در نظرداشتن عملکرد مطلوب محصول در زمان برداشت، توجه جدی به بهره­وری آب و ارتقای آن با اعمال روش­های کارآمد یکی از مؤثرترین راه‌های مقابله با بحران کم آبی و افزایش کمّی و کیفی تولیدات برنج می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation of Water Productivity Indices Using SWAP Agrohydrological Model and Comparison with Field Conditions in Paddy Soil

نویسندگان [English]

  • Adineh Abdi 1
  • Safoora Asadi Kapourchal 2
  • Majid Vazifedoust 3
  • Mojtaba Rezaei 4
1 MSc Student, Department of Soil Science, Faculty of Agricultural Sciences, University Of Guilan, Rasht, Iran
2 Assistant Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agricultural Sciences, University Of Guilan, Rasht, Iran
3 Assistant Professor, Department of Water Engineering, Faculty of Agricultural Sciences, University Of Guilan, Rasht, Iran.
4 Rice Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Rasht, Iran
چکیده [English]

In recent decades, several models have been developed to simulate farm water management. The main focus of most researchers is obtaining more products per unit of water consumed. Water productivity defined as crop yield per unit of water consumption. Due to limitation of water resources and its optimal consumption in order to save water and increase its productivity, this study was conducted to simulate water productivity indices of rice (Hashemi caltiver) using SWAP model in paddy soils at field scale. For this purpose, two closed-ended lysimeters were used to measure the actual evapotranspiration. The quantity of evapotranspiration was measured daily and water productivity based on irrigation water (WPir) and evapotranspiration (WPET) was calculated and compared with the simulated values afterward. The obtained results indicated that the SWAP model had a high accuracy for estimating amount of yield (R2=0.90 and RMSE=648.73) and the amount of water consumed in the evapotranspiration process (R2=0.89 and RMSE=164.07). Using the calibrated SWAP model, the water productivity indices from division of yield on evapotranspiration (WPET) and yield on irrigation water (WPir) in the studied farm was estimated amount of 0.553 and 0.876 kg/m3, respectively. Also, results showed that with increasing irrigation efficiency, elimination of deep percolation and reduction of evaporation, water use efficiency increases by 30%. In general, for optimal management of paddy soils in field scale and considering the optimal yield at harvest time, serious attention must be paid to water efficiency to come up with most effective ways to deal with water crisis and to increase the quantity and quality of rice production.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil hydraulic parameters
  • SWAP model
  • Water management
  • Water productivity

مراجع

امیری، ا. 1385. بررسی بیلان آب و عملکرد برنج در مدیریت­های آبیاری در شالیزار با استفاده از مدل، رساله دکتری. دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران.
حیدری، ن. 1393. ارزیابی شاخص بهره­وری آب کشاورزی و عملکرد سیاست­ها و برنامه­های مدیریت آب کشور. مجلس و راهبرد، سال بیست و یکم، شماره 78، ص 199-177.
رضایی، م و م. نحوی. 1382. اثر فاصله آبیاری بر استفاده آب و عملکرد گیاه برنج در گیلان. یازدهمین سمینار کمیته ملی آبیاری و زهکشی ایران. ص 240-233.
کشاورز، ع. و ح. دهقانی سانیج. 1391. شاخص بهره‌وری آب و راه­کار آتیه کشاورزی کشور. راهبرد اقتصادی، جلد یکم، شماره 1، ص 233-199.
Abbasi, M.R. and A.R. Sepaskhah. 2011. Response of different rice cultivars (oryza sativa L.) to watersaving irrigation in greenhouse conditions. International Journal of Plant Production, 5 (1): 37-47.
Belder, P., B. Bouman and J. Spiertz.  2007. Exploring options for water savings in lowland rice using a modelling approach. Agricultural Systems, 92(1-3): 91-114.
Bouman, B. and T.P. Tuong. 2001. Field water management to save water and increase its productivity in irrigated lowland rice. Agricultural water management, 49(1): 11-30.
Cai, X. and M.W. Rosegrant. 2003. World Water Productivity: Current Situation and Future Options. CAB International. 163-178.
Dagalo Hatiye, S., K.S. Hari Prasad and C.S.P. Ojha. 2017. Water balance and water productivity of rice paddy in unpuddled sandy loam soil. Sustainable Water Resources Management, 3(2): 109-128.
Gheewala, S.H., T. Silalertruksa, P. Nilsalab, R. Mungkung, S.R. Perret and N. Chaiyawannakarn. 2014. Water Footprint and Impact of Water Consumption for Food, Feed, Fuel Crops Production in Thailand. Water, 6(6): 1698-1718.
Jonubi, R., V. Rezaverdinejad and H. Salemi. 2018. Enhancing field scale water productivity for several rice cultivars under limited water supply. Paddy and water environment, 16(1): 125-141.
Kijne, J.W., R. Barker and D.J. Molden. 2003. Water productivity in agriculture: limits and opportunities for improvement. Wallingford, UK: CABI; Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute (IWMI). xix, 332p. (Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture Series 1)
Krause, P., D.P. Boyle and F. Bäse. 2005. Comparison of different efficiency criteria for hydrological model assessment. Advances in geosciences, 5: 89-97.
Liu, J., A.J. Zehnder and H. Yang. 2008. Drops for crops: modelling crop water productivity on a global scale. Global NEST Journal, 10(3): 295-300.
Ma, Y., S. Feng, Z. Huo and X. Song. 2011. Application of the SWAP model to simulate the field water cycle under deficit irrigation in Beijing, China. Mathematical and Computer Modelling, 54(3-4): 1044-1052.
Molden, D., H. Murry-Rust, R. Sakthivandival, and I. Makin. 2001. A water productivity framework for understanding and action. Workshop on Water productivity. Wadduwe, Sri Lanka.
Molden, D., T.Y. Oweis, S. Pasquale, J.W. Kijne, M.A. Hanjra, P.S. Bindraban, B.A. Bouman, S. Cook, O. Erenstein and H. Farahani. 2007. Pathways for increasing agricultural water productivity. In Molden, David (Ed.). Water for food, water for life: a Comprehensive Assessment of Water Management in Agriculture. London, UK: Earthscan; Colombo, Sri Lanka: International Water Management Institute (IWMI). 279-310.
Montazar, A., and H. Kosari. 2007. Water productivity analysis of some irrigated crops in Iran, Proceedings of the international conference Water Saving in Mediterranean Agriculture & Future Research Needs.109-120.
Remesan, R., M.A. Shamim and D. Han. 2008. Model data selection using gamma test for daily solar radiation estimation. Hydrological Processes, 22: 4301-4309.
Shi, Q., X. Zeng, M. Li, X. Tan and F. Xu. 2002. Effects of different water management practices on rice growth. Water-wise rice production, 3-14.
Tuong, T.P., B. Bam and M. Mortimer. 2005. More rice, less water. Plant Production Science, 8(3): 231-241.
Van Lier, J.Q., O. Wendroth and J.C. Van Dam. 2015. Prediction of winter wheat yield with the SWAP model using pedotransfer functions: An evaluation of sensitivity, parameterization and prediction accuracy. Agricultural Water Management, 154: 29-42.
Vazifedoust M., J.C. Van Dam, R.A. Feddes and M. Feizi. 2008. Increasing water productivity of irrigated crops under limited water supply at field scale. Agricultural Water Management, 95: 89-102.
Waqas, M.M., S.H.H. Shah, U.K. Awan, M. Waseem, I. Ahmad, M. Fahad, Y. Niaz, S. Ali. 2020. Evaluating the Impact of Climate Change on Water Productivity of Maize in the Semi-Arid Environment of Punjab, Pakistan. Sustainability, 12(9): 3905-3918.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار