شبیه‌سازی ضریب تخلیه آب خاک بر پایه تبخیر- تعرق روزانه در مراحل مختلف رشد ذرت علوفه‌ای در دشت قزوین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه بین المللی امام خمینی(ره)، قزوین، ایران.

چکیده

برای یک برنامه‌ریزی دقیق آبیاری، باید میزان تخلیه روزانه آب خاک در طول دوره رشد گیاه برآورد شود. تخلیه آب خاک وابسته به مقدار تبخیر-تعرق روزانه گیاه است. در این پژوهش مقدار تبخیر-تعرق روزانه ذرت رقم سینگل کراس 704، در بستر کشت مینی‌لایسیمتر از طریق پایش مداوم رطوبت خاک انجام شد. مقاومت روزنه‌ای برگ‌ها‌ به‌صورت روزانه و توسط دستگاه پرومتر AP4 اندازه‌گیری شد. حد تخلیه مجاز آب خاک در چهار مرحله رشد اولیه(C1) ، توسعه (C2)، میانی (C3) و پایانی (C4)، بر اساس واکنش مقاومت روزنه‌ای برگ‌ها تعیین شد. به این صورت که لحظه افزایش مقاومت روزنه‌ای برگ‌ها (در هر مرحله رشد) نسبت به گیاهان شاهد، زمان اتمام آب سهل‌الوصول و انجام آبیاری جدید بود. متغیر­های اصلی شامل اثر مرحله رشد بر میزان تبخیر-تعرق گیاه و ضریب تخلیه مجاز آب خاک بود که در قالب طرح پایه کاملاً تصادفی و با سه تکرار بررسی شد. برای شبیه‌سازی مقدار ضریب تخلیه مجاز آب خاک (P) بر اساس تبخیر-تعرق روزانه گیاه (ETc)، از توابع (مدل‌های) رگرسیونی استفاده شد. واسنجی مدل‌ها با داده‌های روزانه در مراحل اولیه و توسعه رشد و ارزیابی مدل‌ها با داده‌های روزانه در مراحل میانی و پایانی رشد انجام شد. هم‌چنین مدل خطی فائو-56 با مدل‌های معرفی‌شده در پژوهش حاضر مقایسه شد. نتایج نشان داد که نرخ ETc ذرت (S.C 704) در مراحل اولیه، توسعه، میانی و پایانی رشد به ترتیب در بازه 4/5 - 1/5، 7/1 - 3/9 ، 7/5 -1/4 و 2/1 - 0/2 میلی‌متر در روز قرار داشت. حد تخلیه مجاز آب خاک در مراحل رشد مذکور به ترتیب 0/45، 0/66، 0/61 و 0/7 محاسبه شد. حساسیت متفاوت در مراحل رشد گیاه باعث شد که حد آب سهل‌الوصول در دوره رشد ثابت نباشد. در مراحل مختلف رشد، افزایش مقدار ETc موجب کاهش ضریب P و کاهش مقدار ETc، باعث افزایش ضریب P شد. توابع خطی، نمایی، لگاریتمی، درجه دوم، توانی و خطی فائو-56 بررسی شد. تابع درجه دوم با شاخص‌های آماری 0/00035=RMSE،0/054=NRMSE، 0/0008=ME، -0/000005=CRM، 0/999=R2 و 999/0=EF، مدل‌ بهینه در تخمین ضریب P بود. دلیل ضعف عملکرد مدل فائو-56، ثابت بودن حد تخلیه سهل‌الوصول آب و متوسط نرخ ETc در فصل رشد بود. ازاین‌رو مدل فائو-56 اصلاح شد. دستاورد پژوهش این بود که بدون پایش روزانه رطوبت خاک، می‌توان ضریب تخلیه مجاز آب خاک را با استفاده از ETc برآورد نمود. این روش به‌خصوص در برنامه‌ریزی آبیاری با دورهای کوتاه، مفید خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of the Amount of Allowable Water Depletion Coefficient, Based on Daily Evapotranspiration in Different Growth Stages of Silage Maize in Qazvin Plain, Iran

نویسنده [English]

  • reza saeidi
Department of Water Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده [English]

For an accurate irrigation schedule, the daily soil water depletion should be estimated during the crop growth period. Soil water depletion is dependent on daily evapotranspiration. In this research, daily evapotranspiration of S.C 704 maize was measured in mini-lysimeters. Estimation of daily evapotranspiration was done by continuous measurement of soil moisture. Leaves stomatal resistance was measured daily, by AP4 Porometer device. Soil water allowable depletion was determined in four growth stages of initial (C1), development (C2), mid (C3), and late (C4), based on the leaves stomatal resistance response. At each growth stage, when leaves stomatal resistance increased relative to the control crops, readily available water was ending and the time was right for new irrigation. The main variables included growth stage effect on crop evapotranspiration and water depletion coefficient, which was investigated in a completely randomized basic design, with three replications. Regression functions (models) were used for simulation of allowable soil water depletion coefficient (P) based on the daily evapotranspiration (ETc). The models were calibrated by daily data at initial and development stages, and were evaluated by daily data in mid and late stages. The FAO-56 linear model was compared with the models introduced in this research. The results showed that maize ETc (S.C 704) in initial, development, mid, and late stages was in the range of 1.5-4.5, 3.9 -7.1, 1.4 -7.5, and 0.2 -2.1 mm.d-1, respectively. The allowable soil water depletion in the mentioned stages was calculated as 0.45, 0.66, 0.61 and 0.7, respectively. Different sensitivity in crop growth stages caused readily available water limit not to be constant during growth period. The ETc increase caused a decrease in P, and decrease in ETc increased P. Linear, exponential, logarithmic, polynomial, power, and FAO-56 linear functions were investigated. Polynomial function with statistical indices of RMSE=0.00035, NRMSE=0.054, ME=0.0008, CRM=-0/000005, R2=0.999 and EF=0.999, was the optimal model in estimation of P coefficient. The reason for weak performance of FAO-56 model was the constant limit for readily available water and mean ETc rate in the growing season. Therefore, the FAO-56 model was modified. The research result was to estimate the soil water allowable depletion coefficient (by using ETc), without daily measurement of soil moisture. This method will be useful in irrigation scheduling, especially those with short intervals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Growth stage sensitivity
  • Readily available water
  • Regression modeling

مراجع

  1. علیزاده، امین، 1385. طراحی سیستم‌های آبیاری سطحی. انتشارات آستان قدس رضوی. جلد اول، صص. 1-452.
  2. جاراللهی، رقیه، 1380. تعیین ضریب آب سهل‌الوصول در مراحل مختلف رشد برای ذرت دانه‌ای در کرج. نشریه علوم خاک و آب، 15(2)، صص. 290-298.
  3. دهقانی‌سانیج، حسین، کنعانی، الهه، و اخوان، سمیرا، 1396. ارزیابی تبخیر-تعرق ذرت و اجزای آن و ارتباط آن­ها با شاخص سطح برگ در سیستم آبیاری قطره­ای سطحی و زیرسطحی. مجله آب ‌و خاک، 31(6)، صص. 1549-1560. 22067/JSW.V31I6.64019doi:
  4. سعیدی، رضا، ضرابی، محمد مهدی، و ستوده‌نیا، عباس، مدل‌سازی مقدار رطوبت خاک با استفاده از شاخص تنش آبی (CWSI) در کشت ذرت. نشریه مهندسی آبیاری و آب ایران، 12(47)، صص. 387-405. doi: 10.22125/IWE.2022.146416
  5. سعیدی، رضا، a کاربرد مقاومت روزنه‌ای، دمای پوشش سبز و شاخص تنش آبی محصول در تعیین زمان آبیاری ذرت. نشریه دانش آب ‌وخاک، 32(1)، صص. 159-175.
  6. سعیدی، رضا، b برآورد جداگانه اجزای تبخیر و تعرق ذرت با استفاده از مدل‌های تجربی در شرایط تنش آبی. نشریه پژوهش آب در کشاورزی، 36(2)، صص. 233-250.
  7. doi:10.22092/jwra.2022.357478.910
  8. سعیدی، رضا، c اثر برآورد جداگانه ضریب Ks در مراحل رشد ذرت، بر تخمین مقدار تبخیر-تعرق واقعی گیاه در شرایط تنش آبی. نشریه آبیاری و زهکشی ایران، 3(16)، صص. 609-623.

 dor: 20.1001.1.20087942.1401.16.3.11.2

  1. سعیدی، رضا، d ارزیابی مدل‌های رگرسیونی چند متغیره در تخمین اجزای تبخیر و تعرق ذرت علوفه‌ای، در شرایط تنش شوری. نشریه تحقیقات آب‌وخاک ایران، 53(1)، صص. 71-84.

  doi: 10.22059/IJSWR.2022.335453.669157

  1. سعیدی، رضا، 1400. جداسازی تبخیر و تعرق در کشت ذرت و بررسی پاسخ آن‌ها به سطوح مختلف آبیاری. مجله تحقیقات آب‌وخاک ایران، 52(5)، صص. 1263-1273.

10.22059/IJSWR.2021.318297.668881doi:

  1. سعیدی، رضا، ستوده‌نیا، عباس، رمضانی اعتدالی، هادی، کاویانی، عباس، و نظری، بیژن، 1397. مطالعه تأثیر تنش‌های شوری آب و حاصلخیزی خاک، بر تبخیر‌‌ و‌‌‌ تعرق ذرت علوفه‌ای. مجله تحقیقات آب‌وخاک ایران، 49(4)، صص. 945- 954. doi: 22059/IJSWR.2018.247876.667815
  2. سیفی، کرم،. میرلطیفی، سید مجید، دهقانی سانیج، حسین، و ترابی، منوچهر، 1393. ارزیابی همبستگی بین مقدار رطوبت خاک و شاخص تنش آب گیاه پسته در خاک سیلت لوم. اولین همایش ملی پسته ایران، شهریور 1393، دانشگاه شهید باهنر کرمان، صص. 1-15.
  3. محمدی، مسعود، قهرمان، بیژن، داوری، کامران، وظیفه‌دوست، مجید، و نوری، حمیده، 1392. بهینه‌سازی مصرف آب و عملکرد گندم زمستانه در شرایط تنش شوری و خشکی با استفاده از مدل SWAP (مطالعه موردی: شهرستان برخوار). نشریه پژوهش آب در کشاورزی، 27(3)، صص. 299-314.

10.22092/JWRA.2013.128836doi:

  1. محمدی بهمدی، محمد و آرمین، محمد، 1396. اثر تنش خشکی بر عملکرد و اجزای عملکرد ارقام مختلف ذرت در شرایط کشت تأخیری. مجله تحقیقات کاربردی اکوفیزیولوژی گیاهی، 4(1)، صص. 17- 34.
  2. وردی نژاد، وحیدرضا، بشارت، سینا، عبقری، هیراد، و احمدی، حجت، 1390. برآورد حداکثر تخلیه مجاز رطوبتی ذرت علوفه‌ای در مراحل مختلف رشد با استفاده از اختلاف دمای پوشش سبز گیاه و هوا. مجله آب ‌و خاک، 25(6)، صص. 1344- 1352. 22067/JSW.V0I0.12146doi:
  3. همتی، رحیمه، مقصودی، کبری، و امام، یحیی، 1393. پاسخ‌های مورفوفیزیولوژیک ذرت به تنش خشکی در مراحل مختلف رشد در منطقه نیمه‌خشک شمال فارس. مجله تولید و فرآوری محصولات زراعی و باغی، 4(11)، صص. 67-74.  
  4. Allen, R. G., Pereira, L. S., Raes, D. and Smith. M., 1998. Crop evapotranspiration. Guidelines for Computing Crop Water Requirements. FAO Irrigation Drainage Paper, 56, pp.1-326.
  5. Alkaisi, M. M. and broner, I., 2009. Crop water uuse and growth stages. Colorado state university extension, 715(4), pp.28-43.
  6. Ayers, R. S. and Westcot, D. W., 1985. Water quality for agriculture. FAO Irrigation and Drainage Paper No.29, pp. 32.
  7. De Melo, M. L. A., Inforsato, L., Pinheiro, E. A. R. and De Jong, Q., 2023. Plant available water predicted by a flux-based approach. Journal of geoderma, 429(1), pp.1-17. doi:10.1016/j.geoderma.2022.116253.
  8. Doorenbos, J. and Kassam, A. K., 1979. Yield response to water. Irrigation and drainage paper 33. FAO, pp.58.
  9. Farre, I. and Faci, J. M., 2009. Deficit irrigation in maize for reducing agricultural water use in a Mediterranean environment. Journal of Agricultural Water Management, 96(3), pp.383–394. doi:10.1016/j.agwat.2008.07.002.
  10. Hayat, F., Ahmed, M. A., Zarebanadkouki, M., Javaux, M., Cai, G. and Carminati, A., 2020. Transpiration reduction in maize (Zea maysL) in response to soil drying. Journal of frontiers in plant science, 10, pp.1965. doi:10.3389/fpls.2019.01695.
  11. Lacerda, C. F., Ferreira, J. F. S., Liu, X. and Suarez. D. L., 2016. Evapotranspiration as a criterion to estimate nitrogen requirement of maize under salt stress. Journal of Agronomy and Crop Science, 202(3), pp. 192-202. doi:10.1111/jac.12145.
  12. Manuel, F., Sanchez, D. and Paul, J., 1971. Behavior of corn and sorghum under water stress and during recovery. Journal of Plant Physiology, 48 (5), pp. 613-616. doi:10.1104/pp.48.5.613.
  13. She, R., Tong, L., Du, T. and Shukla. M., 2020. Response and Modeling of Hybrid Maize Seed Vigor to Water Deficit at Different Growth Stages. Journal of Water, 12(11), pp.1-20. doi: 10.3390/w12113289.
  14. Vanderborght, J., Couvreur, V., Meunier, F., Schnepf, A., Vereecken, H., Bouda, M. and Javaux. M., 2021. Hydraulic root architecture models to macroscopic representations of root hydraulics in soil water flow and land surface models. Journal of Hydrology and Earth System Science, 25(9), pp. 4835–4860. doi: 10.5194/hess-2021-14.
  15. Water requirement system of crops, 2023. Available at http://niwr.ir/Login.aspx.
  16. Yang, X., Soothar, R., Rahu, A., Wang, Y., Li, B., Mirjat, M., Soomro, S., Shaikh, S. and Chandio. F., 2023. Integrated effects of water stress and plastic film mulch on yield and water use efficiency of grain maize crop under conventional and alternate furrow irrigation method. Journal of water, 15(5), 1-16. doi:10.3390/w15050924.
پژوهش آب در کشاورزی
دوره 38، شماره 1
سه ماهه اول سال 1403
خرداد 1403
صفحه 33-49

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار