نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• مسعود محمدی ¹
• کامران داوری ²
• بیژن قهرمان ³
• حسین انصاری ²
• امیر حق‌وردی ⁴

¹ دانشجوی دکتری گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.

² دانشیار گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.

³ استاد گروه مهندسی آب دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد.

⁴ استادیار مدیریت آب و آبیاری، مرکز تحقیقات و توسعه پن هندل، دانشگاه نبراسکا لینکلن.

چکیده

مدل­های شبیه­سازی رشد گیاه از جمله مدل AquaCrop برای پیش­بینی اثرات آب و شوری بر روی عملکرد دانه، زیست توده و کارایی مصرف آب گیاهان مختلفی توسعه یافته­اند. این مدل­ها برای مناطق مختلف با استفاده از داده­های اندازه­گیری شده در مزرعه واسنجی و صحت­سنجی می­شوند. این مطالعه به منظور اعتبار سنجی مدل AquaCropتحت تنش همزمان شوری و کم­آبی، در دو سال زراعی 89-1388 و 90-1389 بر روی گندم بهاره در مشهد اجرا گردید. از داده­های زراعی سال اول برای واسنجی مدل و داده­های زراعی سال دوم برای صحت­سنجی مدل استفاده شدند. مقادیر متوسط ریشه دوم میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، حداکثر خطای نرمال شده (NME)، شاخص سازگاری(d)، ضریب باقیمانده (CRM) و ضریب تعیین (R²) در دو حالت واسنجی و صحت­سنجی (در دو سال) برای عملکرد دانه به ترتیب 3/۱۳ درصد، 1/۳۶ درصد، 95/۰، ۰۷۲/0- و 87/۰ و برای زیست توده به ترتیب ۵۹/12 درصد، 46/۳۴ درصد، 92/۰، ۰۵۷/0 و 77/۰ بدست آمد. همچنین مقادیر متوسط NRMSE، ME، dو CRM برای رطوبت خاک به ترتیب 84/۱۱ درصد، 72/۲۵ درصد، 93/۰و ۰۳۲/0 و برای شوری خاک به ترتیب 25/۲۶ درصد، 5/۵۸ درصد، 91/۰و ۱۲/0- بدست آمد. نتایج نشان داد که عملکرد محصول، زیست توده، کارایی مصرف آب، شاخص برداشت، رطوبت و شوری نیم­رخ خاک برای گندم در شرایط شوری و کم­آبی به خوبی شبیه­سازی شدند هر چند که دقت مدل در شبیه­سازی شاخص برداشت و شوری نیم­رخ خاک کمتر از سایر پارامترها بود. تحلیل حساسیت نشان داد که مدل نسبت به ضریب گیاهی مربوط به تعرق (K_C-Tr)، بهره­وری آب نرمال شده (WP^*)، شاخص برداشت (HI_O)، رطوبت در ظرفیت زراعی، شرایط اولیه رطوبت خاک و دمای هوا حساس­تر از سایر پارامترهاست. هر چند دقت پیش­بینی مدل با افزایش تنش­های شوری و خشکی کمی کاهش یافت اماAquaCrop می­تواند مدلی ارزشمند برای شبیه­سازی عملکرد گندم بهاره و شبیه­سازی رطوبت و شوری در منطقه مشهد باشد. زیرا مدل به پارامترهای ورودی کم نیاز دارد که به آسانی قابل دسترس هستند و یا قابل جمع­آوری می­باشند.

کلیدواژه‌ها

• آنالیز حساسیت
• تنش محیطی
• زیست توده
• مدل سازی گیاهی

عنوان مقاله [English]

Calibration and Validation of AquaCrop Model for Simulation of Spring Wheat Yield under Simultaneous Salinity and Water Stress

نویسندگان [English]

• m m ¹
• k d ²
• b gh ³
• h a ²
• a h ⁴

چکیده [English]

Crop growth simulation models have been developed for predicting the effects of water and salinity on grain and biomass yields and water productivity of different crops. These models are calibrated and validated for different regions using the data generated from field. This study was carried in Mashhad for two years (2010 and 2011) in order to evaluate the AquaCrop model under simultaneous salinity and water stress. Calibration was done using the data of 2009-2010 and validation with the data of 2010-2011.Results indicated that AquaCrop successfully simulated yield, biomass, water productivity, harvest index, soil moisture and salinity profiles for spring wheat under salinity and water-limiting treatments with high accuracy, although simulation of harvest index  and soil salinity profiles were less accurate. Average value of normalized root mean square error (NRMSE), maximum error (ME), index of agreement (d), coefficient of the residual mass (CRM) and coefficient of determination (R²) in both the calibration and verification were 13.3 %, 36.1 %, 0.95, -0.072, and 0.87, respectively, for grain yield, while these measures were 12.59%, 34.46%, 0.92, 0.057, and 0.77, respectively, for biomass. Also, value of NRMSE, ME, d and CRM were 11.84 %, 25.72 %, 0.93, and 0.032, respectively, for soil moisture, while these measures were 26.25%, 58.5%, 0.91 and -0.12, respectively, for soil salinity. Sensitivity analysis revealed that crop transpiration coefficient (K_C-Tr), normalized crop water productivity (WP^*), reference harvest index (HI_O), volumetric water content at field capacity, soil water content at saturation[S1] , and air temperature were the most sensitive parameters. Although the accuracy of the model simulation decreased with increasing salinity and water stress, AquaCrop can be a valuable model for simulating spring wheat yield and soil water content and salinity in Mashhad region, because the model requires few input data which can be readily available or easily collected.



 [S1]This is probably”initial conditions” and not saturation.

کلیدواژه‌ها [English]

• biomass
• environmental stress
• Plant modeling
• Sensitivity analysis