شبیه‌سازی عملکرد برنج در مدیریت‌های مختلف کشت-آبیاری با استفاده از مدل آکواکراپ (AquaCrop)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری آبیاری و زهکشی، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع‌طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 دانشیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده آب و خاک، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع‌طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 استادیار پژوهش و کارشناس ارشد بخش تحقیقات فنی و مهندسی، بخش فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع‌طبیعی گلستان، گرگان، ایران.

4 استاد، گروه مهندسی آب، واحد لاهیجان، دانشگاه آزاد اسلامی، لاهیجان، ایران.

چکیده

با توجه به نیاز آبی زیاد برنج، اطلاع از عملکرد آن در روش‏های مختلف کشت – آبیاری بسیار اهمیت دارد و نیازمند آزمایش‌ است. از آنجا که انجام این آزمایش‌های میدانی بسیار زمان‌بر و پُر هزینه هستند، استفاده از مدل‌های گیاهی در این زمینه می‌تواند راهگشا باشد. مدل‌های گیاهی، شناخت فرآیند پیچیده پاسخ محصول به شرایط محیطی را ساده می‌کنند و از این نظر بسیار کاربردی هستند مدل. اکواکراپ ارائه شده توسط فائو ((AquaCrop یک مدل مبتنی بر آب است که به عنوان یک ابزار پشتیبانی در برنامه‌ریزی و تحلیل سناریو‌های مختلف مدیریت زراعی توسعه داده شده است. در این تحقیق از مدل آکواکراپ (AquaCrop) برای واسنجی و صحت‌سنجی نظام‌های مختلف کشت – آبیاری: شامل نشایی- غرقابی، خشکه‌کاری– بارانی و خشکه‌کاری – قطره‌ای استفاده شد. نتایج بررسی آماره‌های ارزیابی خطا شامل میانگین خطای نرمال شده (NRMSE) و شاخص ویلموت (d) برای شاخص سطح برگ (4/16 <NRMSE< 2/25 و 0/98 <d< 0/96) نشان داد که آکواکراپ در مدل‏سازی تاج پوشش به خوبی عمل می‌کند. همچنین، آماره‌های خطا برای شاخص‌های عملکرد دانه و زیست‏توده NRMSE) و d در عملکرد دانه برابر 5/12 و 0/95 و برای زیست ‏توده برابر با 12/38 و 0/98 بود) به ترتیب در محدوده بسیار خوب و خوب قرار گرفتند. بنابراین مدل مزبور را می‌توان به عنوان مدلی با دقت مناسب، برای بررسی گزینه‌های مدیریتی در نظام‌های مختلف کشت-آبیاری و برای بهبود بهره‌وری آب در کشت برنج استفاده کرد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Simulation of Rice Yield in Different Cropping-Irrigation Managements Using AquaCrop Model

نویسندگان [English]

  • parvin zolfaghary 1
  • Abutaleb Hezarjaribi 2
  • Mohammad Esmaeil Asadi 3
  • Ebrahim Amiri 4
1 PhD student in Irrigation and Drainage, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran
2 Associate Prof., Department of Water Science and Engineering, Faculty of Water and Soil, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Research Assistant Prof., and Master of Science in Technical and Engineering Research Department, Golestan Agricultural and Natural Resources Research Center, Gorgan, Iran.
4 Professor, Department of Water Engineering Lahijan Branch, Islamic Azad University, Lahijan, Iran.
چکیده [English]

Given the high water requirement of rice, it is very important to know its performance under different cultivation-irrigation methods and requires numerous experiments. Since conducting numerous field experiments requires a lot of time and expenses, the use of plant models can be a solution in this respect. Plant models simplify the understanding of the complex process of crop response to environmental conditions and are very practical in this regard. The model provided by FAO (AquaCrop) is a water-based model that has been developed as a support tool in planning and analyzing various crop management scenarios. In this study, the AquaCrop model was used to calibrate and verify various cultivation-irrigation methods, including transplanting-flooding, dry seeding-irrigation, and dry seeding-drip irrigation. Results of error evaluation statistics, including normalized root mean square error (NRMSE) and Wilmot index (d) for leaf area index (2.25 < NRMSE < 4.16 and 0.96 < d < 0.98), showed that the AquaCrop model performed well in canopy modeling. Also, the error statistics for grain yield and biomass indices (NRMSE and d for grain yield were 5.12 and 0.95, and for biomass were 12.38 and 0.89), respectively, which were in the “very good” and “good” range. Therefore, this model can be used with appropriate accuracy to investigate management options in different crop-irrigation systems to improve water productivity in rice cultivation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Rice direct seeding
  • Transplanting
  • Crop modelling
  • Modern irrigation methods

مراجع

  1. امیری، ابراهیم، رضایی، مجتبی. و شیرشاهی، فهیمه. 1398. بررسی عملکرد مدل AquaCrop در شرایط مدیریت تنش شوری و خشکی برنج. نشریه مدیریت آب در کشاورزی، 6(1): 13-22.
  2. پور‌غلام امیجی، مسعود، لیاقت، عبدالمجید. و خوش‌روش، مجتبی. 1399. ارزیابی مدل AquaCrop در تخمین عملکرد برنج تحت کشت آبیاری تناوبی. مهندسی آبیاری و آب ایران، 11(41): 305-320.

 doi: 10.22125/iwe.2020.114972

  1. حسنلی، محمد، افراسیاب، پیمان. و ابراهیمیان، حامد. 1394. ارزیابی مدل‌های AquaCrop و SALTMED در تخمین عملکرد محصول ذرت و شوری خاک. تحقیقات آب و خاک ایران، 46(3): 49-48.
  2. ذبیحی، ابوالفضل، درزی نفت چالی، عبدالله. و خوش‌روش، مجتبی. 1395. آنالیز اثر تنش خشکی بر عملکرد، کارایی مصرف آب و شوری ناحیه ریشه برنج. تنش‌های محیطی در علوم زراعی، 9 (4):

https://doi.org/10.22077/escs.2017.465

  1. ذکری، فاطمه. 1391. شبیه‌سازی اثر نوسانات اقلیمی بر عملکرد برنج رقم هاشمی با استفاده از مدل AquaCrop در منطقه رشت. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشکده علوم کشاورزی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران
  2. ذوالفقاری، پروین، هزارجریبی، ابوطالب، اسدی، محمد‌اسماعیل. و امیری، ابراهیم. 1401. ارزیابی بهره‌وری فیزیکی‌- اقتصادی آب در روش‌های مختلف کاشت و آبیاری برنج رقم فجر در استان گلستان. پژوهش آب در کشاورزی، 36(4): 391-404. doi: 22092/jwra.2023.360212.946
  3. رزاقی، محمد حسین، کیانی. علیرضا. و آبیار، نور محمد. 1399. کشت نشایی و خشکه‌کاری برنج، راهکاری فنی و اقتصادی برای تولید برنج در شرایط استان گلستان، 7(1): 33-44.

 DOR: 20.1001.1.24764531.1399.7.1.4.1

  1. سعادتی، زهرا، پیرمرادیان، نادر، امیری، ابراهیم. و رضایی. مجتبی. 1391. ارزیابی مدل WOFOST در شبیه‌سازی عملکرد دو رقم برنج تحت رژیم‌های مختلف آبیاری. مجله پژوهش آب در کشاورزی. 26(3): 323-337. doi:22092/jwra.2012.118985
  2. کریمی فرد، مریم، ذاکری‌نیا، مهدی، کیانی، علیرضا، و فیض‌بخش، محمدتقی. 1399. تأثیر سامانه‌های آبیاری قطره‌ای و بارانی بر عملکرد برنج و بهره‌وری آب در دو روش کشت نشائی و کشت مستقیم بذر. آب وخاک، 34(5): 1019-1032. .https://doi.org/10.22067/jsw.v34i5.84952
  3. کیازرﻣﺎﻧﯽ، حجت. 1389. ﺑﺮرﺳﯽ ﺗﺄﺛﯿﺮ ﺗﺎرﯾﺦ ﮐﺎﺷﺖ و ﺧﺸﮑﯽ آﺧﺮ ﻓﺼﻞ ﺑﺮﺧﺼﻮﺻﯿﺎت ﮐﻤﯽ و ﮐﯿﻔﯽ ﺷﺶ رﻗﻢ ﺑﺮﻧﺞ در ﺷﻤﺎل اﯾﺮان. ﭘﺎﯾﺎنﻧﺎﻣﻪ ﮐﺎرﺷﻨﺎﺳﯽ ارﺷﺪ رﺷﺘﻪ زراﻋﺖ داﻧﺸﮑﺪه ﻋﻠﻮم ﮐﺸﺎورزی داﻧﺸﮕﺎه ﺷﺎﻫﺪ. 133 ﺻﻔﺤﻪ.
  4. کیانی، علیرضا، یزدانی، محمدرضا. و فیض‌بخش، محمدتقی. 1400. مقایسه روش‌های مستقیم و نشایی برنج تحت روش‌های مختلف آبیاری. نشریه آب و خاک (علوم و صنایع کشاورزی)، 35(6): 779-790. https://doi.org/10.22067/jsw.2021.69302.1036
  5. معاونت آمار مرکز آمار، فناوری اطلاعات و ارتباطات. 1402. آمارنامه کشاورزی سال 1401، ج. اول: محصولات زراعی.
  6. موسوی، امیرحسین، اگدرنژاد، اصلان. و گیلانی، عبدالعلی. 1401. ارزیابی مدل AquaCrop بری شبیه‌سازی واکنش ارقام مختلف برنج به روش کاشت. نشریه رویکردهای نوین در مهندسی آب و محیط‌زیست، 1(1): 64-74. https://doi.org/10.22034/nawee.2022.153890
  7. میرراشد، سحر، امیری، ابراهیم. و عاشوری، مجید. 1392. شبیه‌سازی عملکرد دانه برنج رقم بهار با استفاده از مدل AquaCrop. دومین کنگره ملی کشاورزی ارگانیک . https://civilica.com/doc/271928
  8. میرفندرسکی، رامتین. 1398. تحلیل تأثیر تغییر اقلیم بر عملکرد و بهره‌وری مصرف آب برنج تحت مدیریت‌های آبیاری و زهکشی متناوب و زهکشی میان فصل. پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
  9. Abdul-Ganiyu, S., Kyei-Baffour, N., Agyare, W.A., et al. 2018. Evaluating the effect of irrigation on paddy rice yield by applying the AquaCrop model in Northern In Strategies for Building Resilience Against Climate and Ecosystem Changes in Sub-Saharan Africa. Springer, Singapore. 93-116 pp.

 https://doi.org/10.1007/978-981-10-4796-1_6

  1. Adhikari, B. B. 2021. Review on scope and challenges of direct seeded rice in Nepal. Agronomy Journal of Nepal, 5(01), 88-96. https://doi.org/10.3126/ajn.v5i01.44786
  2. Amiri, E., 2016. Calibration and testing of the AquaCrop model for rice under water and nitrogen management. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 47(3), 387-403.https://doi.org/10.1080/00103624.2015.1123719
  3. Amiri, E., Rezaei, M., Rezaei, E. E., and Bannayan, M. 2014. Evaluation of Ceres-Rice, AquaCrop and Oryza2000 models in simulation of rice yield response to different irrigation and nitrogen management strategies. Journal of Plant Nutrition, 37(11), 1749-1769. https://doi.org/10.1080/01904167.2014.888750
  4. Anjum, S. A., Akbar, N., Ashraf, U., Khan, I., Shakoor, A., Ishfaq, M., Hanif, M. S., Shahid, M., and Shareef, M. 2019. Interactive effect of rice production systems and tillage systems in rice-wheat cropping system. Pakistan Journal of Science, 71, 21–27.

 https://nja.pastic.gov.pk/PJS/index.php/PJS/article/view/1467

  1. Aslam, M., Hussain, S., Ramzan, M., and Akhter, M. 2008. Effect of different stand establishment techniques on rice yields and its attributes. Journal of Animal and Plant Sciences, 18, 80–82. https://thejaps.org.pk/docs/18_2-3_2008/08-828.pdf
  2. Bhushan, L., Ladha, J. K., Gupta, R. K., Singh, S., Tirol-Padre, A., Saharawat, Y., Gathala, M., and Pathak, H. 2007. Saving of water and labor in a rice–wheat system with no-tillage and direct seeding technologies. Agronomy Journal, 99, 1288–1296.

 https://doi.org/10.2134/agronj2006.0227

  1. Ebrahimipak, N., Egdarnejad, A., Tafteh, A., and Ansari, M. A. 2022. The effect of irrigation water management and fertilizer amount on AquaCrop accuracy and efficiency for tomato yield and water use efficiency simulation. Irrigation and Water Engineering, 12(3), 121-136.https://doi.org/22125/iwe.2022.146391
  2. Elsadek, E., Zhang, K., Mousa, A., Ezaz, G. T., Tola, T. L., Shaghaleh, H., Hamad, A. A. A. and Alhaj Hamoud, Y. 2023. Study on the in-field water balance of direct-seeded rice with various irrigation regimes under arid climatic conditions in Egypt using the AquaCrop model. Agronomy, 13(2), 609. https://doi.org/10.3390/agronomy13020609
  3. Emdad, M. R. and Tafteh, A. 2017. Evaluation of AquaCrop model for decreasing water stress effects due to different wheat planting date. Journal of Agronomy and Plant Breeding, 13(4), 75-83.
  4. Emdad, M. R. and Tafteh, A. 2019. Determining the most suitable depth of irrigation water of wheat plant using the AquaCrop model in order to increase water use efficiency. Iranian Journal of Irrigation & Drainage, 13(2), 417-425.

https://doi.org/20.1001.1.20087942.1398.13.2.13.1

  1. Farooq, M., Kadambot, S. H. M., Rehman, H., Aziz, T., Lee, D., and Wahid, A. 2011. Rice direct seeding: Experiences, challenges and opportunities. Soil and Tillage Research, 111, 87–98. https://doi.org/10.1016/j.still.2010.10.008
  2. Geerts, S., Raes, D., Garcia, M., et al. 2009. Simulating yield response of quinoa to water availability with AquaCrop. Agronomy Journal, 101, 499-508.

https://doi.org/10.2134/agronj2008.0137s

  1. Houma, A. A., Kamal, M. R., Mojid, M. A., Zawawi, M. A. M., and Rehan, B. M. 2021. Predicting climate change impact on water productivity of irrigated rice in Malaysia using FAO-AquaCrop model. Applied Sciences, 11(23), 11253.

https://doi.org/10.3390/app112311253

  1. Hsiao, T.C., Heng, L., Steduto, P., Rojas‐Lara, B., Raes, D. and Fereres, E., 2009. AquaCrop—the FAO crop model to simulate yield response to water: III. Parameterization and testing for maize. Agronomy Journal, 101(3), pp.448-459.

 https://doi.org/10.2134/agronj2008.0218s

  1. Ishfaq, M., Akbar, N., Khan, I., Anjum, S. A., Zulfiqar, U., Ahmad, M., Ahmad, M. and Chattha, M. U. 2018. Optimizing row spacing for direct seeded aerobic rice under dry and moist fields. Pakistan Journal of Agricultural Research, 31(4), 291-299.

https://doi.org/10.17582/journal.pjar/2018/31.4.291.299

  1. Lin, L., Zhang, B., and Xiong, L. H. 2012. Evaluating yield response of paddy rice to irrigation and soil management with application of the AquaCrop model. American Society of Agricultural and Biological Engineers 55, 839-

https://doi.org/10.13031/2013.41518

  1. Pereira, L. S., Paredes, P., Sholpankulov, E. D., et al. 2009. Irrigation scheduling strategies for cotton to cope with water scarcity in the Fergana Valley, Central Agricultural Water Management 96, 723-735. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2008.10.013
  2. Pirmoradian, N., Saadati, Z., Rezaei, M. and Khaledian, M.R., 2020. Simulating water productivity of paddy rice under irrigation regimes using AquaCrop model in humid and semiarid regions of Iran. Applied Water Science, 10(7), 1-8.

https://doi.org/10.1007/s13201-020-01249-5

  1. Porras-Jorge, R., Ramos-Fernández, L., Ojeda-Bustamante, W. and Ontiveros-Capurata, R. E. 2020. Performance assessment of the AquaCrop model to estimate rice yields under alternate wetting and drying irrigation in the coast of Peru. Scientia Agropecuaria, 11(3), 309-321. https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2020.03.03
  2. Raes, D., Steduto, P., Hsiao, et al. 2018. AquaCrop Version 6.0 - 6.1 Reference Manual June, FAO, Rome, Italy.
  3. Rowshon, M. K., Dlamini, N. S., Mojid, M. A., Adib, M. N. M., Amin, M. S. M. and Lai, S. H. 2019. Modeling climate-smart decision support system (CSDSS) for analyzing water demand of a large-scale rice irrigation scheme. Agricultural Water Management, 216, 138- https://doi.org/10.1016/j.agwat.2019.01.002
  4. Saadati, Z., Pirmoradianand, N., and Rezaei, M. 2011. Calibration and evaluation of AquaCrop model in rice growth simulation under different irrigation managements. 21th International Congress on Irrigation and Drainage, October 19-23, Tehran, Iran, pp. 589- URI: http://hdl.handle.net/123456789/4389
  5. Shafiei, M., Ghahraman, B., Saghafian, B., et al. 2014. Uncertainty assessment of the agro‐hydrological SWAP model application at field scale: a case study in a dry region. Agricultural Water Management, 146, 324-334.

 https://doi.org/10.1016/j.agwat.2014.09.008

  1. Tafteh, A., Emdad, M. R. and Sedaghat, A. 2025. Improving irrigation management in wheat farms through the combined use of the AquaCrop and WinSRFR models. Journal of Arid Land, 17(2), 245-258 .https://doi.org/10.1007/s40333-025-0005-y
  2. Toumi, J., Er-Raki, S., Ezzahar, J., et al. 2016. Performance assessment of AquaCrop model for estimating evapotranspiration, soil water content and grain yield of winter wheat in Tensift Al Haouz (Morocco): Application to irrigation management. Agricultural Water Management, 163, 219-235. https://doi.org/1016/j.agwat.2015.09.007
  3. Tuong, T. P., Castillo, E. G., Cabangon, R. C., Boling, A. and Singh, U. 2002. The drought response of lowland rice to crop establishment practices and N-fertilizer sources. Field Crops Research, 74, 243-257. https://doi.org/1016/S0378-4290(01)00213-1
  4. Vibhute, S. D., Sarangi, A., Singh, D. K., Bandyopadhyay, K. K., Parihar, S. S. and Kumar, D. 2022. Performance evaluation of AquaCrop model for rice (Oryza sativa) crop in Trans-Gangetic plains. The Indian Journal of Agricultural Sciences, 92(2), 199-202.
  5. Xu, J., Bai, W., Li, Y., Wang, H., Yang, S. and Wei, Z. 2019. Modeling rice development and field water balance using AquaCrop model under drying-wetting cycle condition in eastern China. Agricultural Water Management, 213, 289-297.

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2018.10.028

پژوهش آب در کشاورزی
دوره 39، شماره 2
شهریور 1404
صفحه 111-125

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار