Simulating Grain Yield and Water Use Efficiency of Autumn Rapeseed Using APSIM-canola Model in Lorestan Province

Document Type : Research Paper

Authors

1 MSc Student, Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Agriculture, Khorramabad, Iran

2 Assistant Prof., Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Agriculture, Khorramabad, Iran

3 PhD Graduate, Department of Agroecology, Environmental Sciences Research Institute, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran

4 Prof., Department of Production Engineering and Plant Genetics, Faculty of Agriculture, Khorramabad, Iran

Abstract

In recent years, enhancing crop grain yield and water use efficiency have become among the important objectives of researchers. Therefore, this study was conducted to identify the optimal combination of cultivar and irrigation in autumn rapeseed. To do this, the current research was carried out using APSIM simulation model on three autumn rapeseed cultivars (Hyola308, Hyola401, and RGS003) and four irrigation treatments (full irrigation, withholding irrigation at flowering stage, withholding irrigation at pod initiation stage, and withholding irrigation at grain filling period) in four counties of Lorestan Province. The results showed that the highest grain yield in Khorramabad, Pol-e Dokhtar, and Kuhdasht was obtained with Hyola401 cultivar and full irrigation (5361, 5378, and 4488 kg.ha-1, respectively), while in Aleshtar, cultivation of Hyola308 cultivar and withholding irrigation in one of the treatments led to the highest yield (2634 kg.ha-1). The results also showed that Hyola401 cultivar and withholding irrigation at flowering stage in Pol-e Dokhtar and Khorramabad and full irrigation in Kuhdasht (0.457, 0.398, and 0.307 kg.m-3, respectively) led to the highest crop water use efficiency in these counties. In Aleshtar, Hyola308 cultivar and withholding irrigation at flowering stage resulted in the highest crop water use efficiency (0.239 kg.m-3). Overall, the results showed that for these rapeseed agro-ecosystems, the air temperature in each county played a key role in choosing the optimal cultivar (i.e. cultivars with higher percentage of fertile pods under water stress conditions) and proper irrigation management.

Keywords

References

  1. اسکندری، حمداله و عالی­زاده امرایی، اشرف، 1395. تأثیر آبیاری تکمیلی در مرحله رشد زایشی بر عملکرد دانه، روغن و کارآیی انرژی سیستم تولید کلزا در شرایط دیم. مجله به زراعی کشاورزی، 18(4)، صص. 919-907.https://doi.org/10.22059/jci.2017.56663
  2. اسکندری، حمداله و کاظمی، کامیار، 1403. ارزیابی تولید و کارایی مصرف آب کلزا در رژیم‌های آبیاری و سطوح ورمی‌کمپوست در تاریخ کاشت‌های متفاوت. پژوهش‌های زراعی ایران، 22(1)، صص. 120-103. https://doi.org/10.22067/jcesc.2023.83981.1263
  3. باختری، سارا، خواجوئی نژاد، غلامرضا و محمدی نژاد، قاسم، 1395. تأثیر قطع آبیاری در مرحله گلدهی و محلول‌پاشی اسپرمیدین بر کمیت و کیفیت اسانس سه توده‏ زیره سبز (Cuminum cyminum L.). نشریه بوم­شناسی کشاورزی، 8(4)، صص. 521-535. https://doi.org/10.22067/jag.v8i4.40538
  4. بی‌نام، گزارشی پیرامون وضعیت صنایع روغن­کشی و روغن نبـاتی بـا تأکیـد بـر دانه روغنی پنبه‌دانه در ایران. مرکز پژوهش­های مجلس شورای اسلامی جمهوری اسلامی ایران.
  5. بی‌نام، آمارنامه کشاورزی محصولات زراعی 1401-1400. تهران: وزارت جهاد کشاورزی.
  6. حسین­زاد، جواد، کاظمیه، فاطمه، جوادی، اکرم و غفوری، هوشنگ، 1392. زمینه­ها و سازوکارهای مدیریت آب کشاورزی در دشت تبریز. دانش آب‌وخاک، 23(2)، صص. 98-85.
  7. حمزه­پور، غلامرضا، توبه، احمد و شیخ­زاده، پریسا، 1396. مطالعه همبستگی و تجزیه رگرسیون بین صفات کمی و کیفی در ارقام مختلف کلزا (Brassica napus L) در آرایش­های مختلف کاشت. مجله اکوفیزیولوژی گیاهی. 9(31)، صص. 171-158.
  8. حیدری بنی، مهران، یزدان‌پناه، حجت­الله، و محنت‌کش، عبدالمحمد، بررسی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد و مراحل فنولوژیکی کلزا (مطالعۀ موردی: استان چهارمحال و بختیاری). پژوهش‌های جغرافیای طبیعی، 50(2)، صص. 373-389. https://doi.org/10.22059/jphgr.2018.239399.1007101
  9. حیدری، نادر، مسائل و چالش‌های صرفه‌جویی واقعی آب از طریق افزایش بهره‌وری آب و کاربرد سامانه‌های نوین آبیاری (یادداشت فنی). آب و توسعه پایدار، 8(4)، صص. 169-175. https://doi.org/10.22067/jwsd.v5i2.71076
  10. خدابین، قربان.، طهماسبی سروستانی، زین­العابدین، شیرانی راد، امیرحسین، مدرس ثانوی، سید علی­محمد و بخشنده، اسماعیل، تأثیر قطع آبیاری و محلول‌پاشی روی و منگنز بر عملکرد و صفات اکوفیزیولوژیک کلزا (Brassica napus L.). نشریه پژوهش‌های زراعی ایران، 18(1)، صص. 85-100. https://doi.org/10.22067/gsc.v18i1.80050
  11. داشادی، مختار، گودرزی، شهرام و عبدالهی، عبدالوهاب، 1399. بررسی تأثیر دور آبیاری و کود نیتروژنه بر عملکرد کلزا (Brassica napus L.) (رقم پائیزه). تنش­های محیطی در علوم زراعی، 13(3)، صص. 803- https://doi.org/10.22077/escs.2020.2203.1551
  12. دالوند، احمد، شیرانی راد، امیرحسین، خورگامی، علی و پزشک­پور، پیام، 1391. بررسی تأثیر مقادیر و روش‌های تقسیط کود نیتروژن بر خصوصیات کیفی کلزا (رقم هایولا 401) در شهرستان خرم آباد. اولین همایش ملی توسعه پایدار کشاورزی و محیط‌زیست سالم. 8 اسفند 1391 ،همدان، ایران.
  13. رحیمی­مقدم، سجاد، عزیزی، خسرو، عینی نرگسه، حامد و کلانتر احمدی، سید احمد، شبیه‌سازی تولید و کارایی مصرف آب ارقام بهاره کلزا در اقلیم‌های گرم و معتدل. فصلنامه علوم محیطی، 21(1)، صص.15-30. https://doi.org/10.48308/envs.2022.1213
  14. رحیمی، زینب، حسین پناهی، فرزاد و سی‌وسه مرده، عادل، ارزیابی عملکرد، کارایی مصرف آب و نور در ارقام حساس و مقاوم به خشکی گندم تحت سطوح مختلف آبیاری. تولید و ژنتیک گیاهی، 2(1)، صص. 19-34.
  15. رضیئی، طیب و میری، مرتضی، طبقه‌بندی اقلیمی ایران به روش کوپن-کایگر. تهران، پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری
  16. صادقی نژاد، علی­اکبر، مدرس ثانوی، سید علی­محمد، طباطبایی، سید علی و مدرس وامقی، سید مرتضی، 1393. اثر تنش کمبود آب در مراحل مختلف رشد بر عملکرد، اجزای عملکرد و کارایی مصرف آب ارقام پاییزه کلزا (Brassica napus L.). دانش آب‌وخاک، 21(2)، صص. 53-64.
  17. عباسی، فریبرز، عباسی، نادر و توکلی، علیرضا، 1396. بهره‌وری آب در بخش کشاورزی؛ چالش‎ها و چشم‌اندازها. آب و توسعه پایدار، 4(1)، صص. 141-144.

https://doi.org/10.22067/jwsd.v4i1.67121

  1. عینی نرگسه، حامد، آقاعلیخانی، مجید، شیرانی راد، امیرحسین، مختصی بیدگلی، علی و مدرس ثانوی، سید علی­محمد، 1397. پاسخ ژنوتیپ‌های جدید کلزا (Brassica napus) به قطع آبیاری انتهای فصل در آب‌وهوای نیمه‌خشک. تولیدات گیاهی، 41(4)، صص. 55-68.

https://doi.org/10.22055/ppd.2018.22672.1491

  1. فرامرزی، سارا، آزادمرد دمیرچی، صدیف، افخمی سرای، ابراهیم و داخته هارونی، مهری، 1402. روغن دانه خار مریم (Silybum marianum) به‌عنوان منبع روغنی جدید خوراکی. مجله علوم و صنایع غذایی ایران، ۲۰(۱۴۵)، صص. ۲۳-۳۴ .http://dx.doi.org/10.22034/FSCT.20.145.23
  2. گلچین، لیلی، توکلی، افشین و محسنی فرد، احسان، 1401. ارزیابی اثرات کاربرد سیتوکنین برتسهیم مواد فتوسنتزی و درصد روغن دانه در ارقام گلرنگ در شرایط تنش خشکی. علوم گیاهان زراعی ایران، 53(3)، صص. 261-249. https://doi.org/10.22059/ijfcs.2021.324063.654827
  3. محمدی احمد-محمودی، اسماعیل، دیهیم فرد، رضا و نوری، امید، ارزیابی وضعیت بهره‌وری و شاخص نسبت عرضه به تقاضای آب در چغندرقند (Beta vulgaris L.) با استفاده از مدل‌های شبیه‌سازی رشد در استان خراسان رضوی. نشریه علوم زراعی ایران، 21(۳)، صص. 282-268. http://dx.doi.org/10.29252/abj.21.3.268
  4. مدنی، حمید، نورمحمدی، قربان، مجیدی، اسلام و دهقان شعار، مجید، 1385. تحلیل شاخص‌های دمایی و اهمیت آن در بهینه‌سازی تولید کلزای پاییزه. علوم کشاورزی، 12(4)، صص. 867-876.
  5. نعیمی، معصومه، اکبری، غلامعلی، شیرانی­راد، امیرحسین، مدرس ثانوی، سید علی­محمد و سادات نوری، سید احمد، 1389. بررسی تأثیر تنش خشکی پایان دوره رشد بر عملکرد کمی و کیفی ارقام کلزا. به زراعی کشاورزی، 12(2)، صص. 71-63.
  6. ولی­پور، علی، عزیزی، خسرو و رحیمی‌مقدم، سجاد، 1402. شبیه‌سازی اثرات تغییر اقلیم بر محصول جو (Hordeum vulgare) آبی در استان‌های لرستان و همدان. علوم گیاهان زراعی ایران، 54(4)، صص. 79-91. https://doi.org/10.22059/ijfcs.2023.354454.654977
  7. Dirwai, T.L., Senzanje, A. and Mabhaudhi, T., 2021. Calibration and evaluation of the FAO AquaCrop model for canola (Brassica napus) under varied moistube irrigation regimes. Agriculture, 11(5), p.410. https://doi.org/10.3390/agriculture11050410
  8. Djaman, K., O’Neill, M., Owen, C., Smeal, D., West, M., Begay, D., Angadi, S.V., Koudahe, K., Allen, S. and Lombard, K., 2018. Seed yield and water productivity of irrigated winter canola (Brassica napus L.) under semiarid climate and high elevation. Agronomy, 8(6), p.90. https://doi.org/10.3390/agronomy8060090
  9. Dogan, E., Copur, O., Kahraman, A., Kirnak, H. and Guldur, M.E., 2011. Supplemental irrigation effect on canola yield components under semiarid climatic conditions. Agricultural Water Management, 98(9), pp.1403-1408.

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2011.04.006

  1. Ebaid, M., Abd El-Hady, M. A., El-Temsah, M. E., El-Gabry, Y. A., Abd-Elkrem, Y. M., Hussein, H., Abdelkader, Ebaid, M., Abd El-Hady, M.A., El-Temsah, M.E., El-Gabry, Y.A., Abd-Elkrem, Y.M., Hussein, H., Abdelkader, M.A., Eliwa, T.A., Salama, E. and Saad, A.M., 2022. Response of Canola productivity to integration between mineral nitrogen with yeast extract under poor fertility sandy soil condition. Scientific Reports, 12(1), p.20216. https://doi.org/10.1038/s41598-022-24645-0
  2. Eyni-Nargeseh, H., AghaAlikhani, M., Shirani Rad, A.H., Mokhtassi-Bidgoli, A. and Modarres Sanavy, S.A.M., 2020. Late season deficit irrigation for water-saving: selection of rapeseed (Brassica napus) genotypes based on quantitative and qualitative features. Archives of Agronomy and Soil Science, 66(1), pp.126-137.

https://doi.org/10.1080/03650340.2019.1602866

  1. Gaydon, D., 2014. The APSIM model–An overview. The SAARC-Australia project-developing capacity in cropping systems modelling for South Asia, pp.15-31.
  2. Geerts, S. and Raes, D., 2009. Deficit irrigation as an on-farm strategy to maximize crop water productivity in dry areas. Agricultural water management, 96(9), pp.1275-1284. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2009.04.009
  3. George, N. and Kaffka, S., 2017. Canola as a new crop for California: A simulation study. Agronomy Journal, 109(2), pp.496-509.

https://doi.org/10.2134/agronj2016.04.0247

  1. George, N., Thompson, S.E., Hollingsworth, J., Orloff, S. and Kaffka, S., 2018. Measurement and simulation of water-use by canola and camelina under cool-season conditions in California. Agricultural Water Management, 196, pp.15-23. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2017.09.015
  2. Geries, L.S.M., El-Shahawy, T.A. and Moursi, E.A., 2021. Cut-off irrigation as an effective tool to increase water-use efficiency, enhance productivity, quality and storability of some onion cultivars. Agricultural Water Management, 244, p.106589.

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106589

  1. Gharib, S.H. and Meleha, M.E., 2016. The mutual effect of withholding irrigation at some growth stages and potassium fertilizer on yield and water productivity of wheat. Journal of Plant Production, 7(12), pp.1303-1313. ‏ https://dx.doi.org/10.21608/jpp.2016.47025
  2. Godoy Androcioli, L., Mariani Zeffa, D., Soares Alves, D., Pires Tomaz, J. and Moda-Cirino, V., 2020. Effect of water deficit on morphoagronomic and physiological traits of common bean genotypes with contrasting drought tolerance. Water, 12(1), p.217. https://doi.org/10.3390/w12010217
  3. Grigorieva, E., 2020. Evaluating the sensitivity of growing degree days as an agro-climatic indicator of the climate change impact: a Case Study of the Russian Far East. Atmosphere, 11(4), p.404.‏ https://doi.org/10.3390/atmos11040404
  4. Hao, B., Xue, Q., Bean, B.W., Rooney, W.L. and Becker, J.D., 2014. Biomass production, water and nitrogen use efficiency in photoperiod-sensitive sorghum in the Texas High Plains. Biomass and Bioenergy, 62, pp.108-116.

 https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2014.01.008

  1. He, D., Wang, E., Wang, J. and Lilley, J.M., 2017. Genotype× environment× management interactions of canola across China: A simulation study. Agricultural and Forest Meteorology, 247, pp.424-433. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.08.027
  2. Hoffmann, M.P., Jacobs, A. and Whitbread, A.M., 2015. Crop modelling based analysis of site-specific production limitations of winter oilseed rape in northern Germany. Field Crops Research, 178, pp.49-62. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2015.03.018
  3. Hoogenboom, G., Jones, J.W., Wilkens, P.W., Porter, C.H., Batchelor, W.D., Hunt, L.A., Boote, K.J., Singh, U., Uryasev, O., Bowen, W.T., Gijsman, A.J., Du Toit, A., White, J.W. and Tsuji, G.Y., 2004. Decision support system for agrotechnology transfer version 4.0. University of Hawaii, Honolulu, HI (CD-ROM).
  4. Istanbulluoglu, A., Arslan, B., Gocmen, E., Gezer, E. and Pasa, C., 2010. Effects of deficit irrigation regimes on the yield and growth of oilseed rape (Brassica napus L.). Biosystems engineering, 105(3), pp.388-394. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2009.12.010
  5. Kamkar, B., Daneshmand, A.R., Ghooshchi, F., Shiranirad, A.H. and Langeroudi, A.S., 2011. The effects of irrigation regimes and nitrogen rates on some agronomic traits of canola under a semiarid environment. Agricultural Water Management, 98(6), pp.1005-1012. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2011.01.009
  6. Katuwal, K.B., Cho, Y., Singh, S., Angadi, S.V., Begna, S. and Stamm, M., 2020. Soil water extraction pattern and water use efficiency of spring canola under growth-stage-based irrigation management. Agricultural Water Management, 239, p.106232. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106232
  7. Keating, B.A., Carberry, P.S., Hammer, G.L., Probert, M.E., Robertson, M.J., Holzworth, D., Huth, N.I., Hargreaves, J.N., Meinke, H., Hochman, Z., McLean, G., Verburg, K., Snow, V., Dimes, J.P., Silburn, M., Wang, E., Brown, S., Bristow, K.L., Asseng, S., Chapman, S., McCown, R. L., Freebairn, D. M. and Smith, C. J. An overview of APSIM, a model designed for farming systems simulation. European journal of agronomy, 18(3-4), pp.267-288. https://doi.org/10.1016/S1161-0301(02)00108-9
  8. Majnooni-Heris, A., Nazemi, A.H. and Sadraddini, A.A., 2014. Effects of deficit irrigation on the yield, yield components, water and irrigation water use efficiency of spring canola. Journal of Biodiversity and Environmental Sciences, 5(2), pp.44-53.
  9. Mohammadi-Ahmadmahmoudi, E., Deihimfard, R. and Noori, O., 2020. Yield gap analysis simulated for sugar beet-growing areas in water-limited environments. European Journal of Agronomy, 113, p.125988. https://doi.org/10.1016/j.eja.2019.125988
  10. Morsi, N.A., Hashem, O.S., El-Hady, M.A.A., Abd-Elkrem, Y.M., El-Temsah, M.E., Galal, E.G., Gad, K.I., Boudiar, R., Silvar, C., El-Hendawy, S., Mansour, E. and Abdelkader, M.A., 2023. Assessing drought tolerance of newly developed tissue-cultured canola genotypes under varying irrigation regimes. Agronomy, 13(3), p.836. https://doi.org/10.3390/agronomy13030836
  11. Ortega-Farias, S., Villalobos-Soublett, E., Riveros-Burgos, C., Zúñiga, M. and Ahumada-Orellana, L.E., 2020. Effect of irrigation cut-off strategies on yield, water productivity and gas exchange in a drip-irrigated hazelnut (Corylus avellana L. cv. Tonda di Giffoni) orchard under semiarid conditions. Agricultural Water Management, 238, p.106173. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106173
  12. Prescott, J.A., 1940. Evaporation from a water surface in relation to solar radiation. Transactions of the Royal Society of South Australia, 46, pp.114-118.
  13. Quiloango-Chimarro, C.A., Coelho, R.D., Heinemann, A.B., Arrieta, R.G., da Silva Gundim, A. and França, A.C.F., 2022. Physiology, yield, and water use efficiency of drip-irrigated upland rice cultivars subjected to water stress at and after flowering. Experimental Agriculture, 58, p.e19. https://doi.org/10.1017/S0014479722000205
  14. Rahimi-Moghaddam, S., Deihimfard, R., Nazari, M.R., Mohammadi-Ahmadmahmoudi, E. and Chenu, K., 2023. Understanding wheat growth and the seasonal climatic characteristics of major drought patterns occurring in cold dryland environments from Iran. European Journal of Agronomy, 145, p.126772.

 https://doi.org/10.1016/j.eja.2023.126772

  1. Rahimi-Moghaddam, S., Eyni-Nargeseh, H., Ahmadi, S.A.K. and Azizi, K., 2021. Towards withholding irrigation regimes and drought-resistant genotypes as strategies to increase canola production in drought-prone environments: A modeling approach. Agricultural Water Management, 243, p.106487.

 https://doi.org/10.1016/j.agwat.2020.106487

  1. Rahimi-Moghaddam, S., Kambouzia, J. and Deihimfard, R., 2019. Optimal genotype× environment× management as a strategy to increase grain maize productivity and water use efficiency in water-limited environments and rising temperature. Ecological indicators, 107, p.105570. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2019.105570
  2. Robertson, M.J. and Lilley, J.M., 2016. Simulation of growth, development and yield of canola (Brassica napus) in APSIM. Crop and Pasture Science, 67(4), pp.332-344. https://doi.org/10.1071/CP15267
  3. Robertson, M.J., Holland, J.F., Kirkegaard, J.A. and Smith, C.J., 1999, September. Simulating growth and development of canola in Australia. In Proceedings 10th International Rapeseed Congress, pp. 26-29. Saxton, K.E., Willey, P.H. and Rawls, W.J., 2006. Field and pond hydrologic analyses with the SPAW model. In 2006 ASAE Annual Meeting(p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
  4. Seifert, E., 2014. OriginPro 9.1: scientific data analysis and graphing software-software review. Journal of chemical information and modeling, 54(5), p.1552.

https://doi.org/10.1021/ci500161d

  1. Shaykewich, C.F. and Bullock, P.R., 2020. Modeling Canola Phenology. Agroclimatology: Linking Agriculture to Climate, 60, pp.303-325.

 https://doi.org/10.2134/agronmonogr60.2018.0003

  1. Van Dam, J.C., Groenendijk, P., Hendriks, R.F. and Kroes, J.G., 2008. Advances of modeling water flow in variably saturated soils with SWAP. Vadose Zone Journal, 7(2), pp.640-653. https://doi.org/10.2136/vzj2007.0060
  2. Wallach, D., Makowski, D., Jones, J.W. and Brun, F., 2018. Working with dynamic crop models: methods, tools and examples for agriculture and environment. Academic Press.
  3. Wang, S., Wang, E., Wang, F. and Tang, L., 2012. Phenological development and grain yield of canola as affected by sowing date and climate variation in the Yangtze River Basin of China. Crop and Pasture Science, 63(5), pp.478-488.

https://doi.org/10.1071/CP11332

  1. Willmott, C.J., 1982. Some comments on the evaluation of model performance. Bulletin of the American Meteorological Society, 63(11), pp.1309-1313.https://doi.org/10.1175/1520-0477(1982)063%3C1309:SCOTEO%3E2.0.CO;2
  2. Wu, B., Lin, X., Ali, M.F. and Wang, D., 2023. Development of an irrigation regime for winter wheat to save water resources by avoiding irrigation at anthesis stage. Journal of Agronomy and Crop Science, 209(1), pp.188-203. https://doi.org/10.1111/jac.12615
  3. Wu, S., Ning, F., Zhang, Q., Wu, X. and Wang, W., 2017. Enhancing omics research of crop responses to drought under field conditions. Frontiers in plant science, 8, p.174. ‏ https://doi.org/10.3389/fpls.2017.00174
  4. Zeleke, K.T., Luckett, D.J. and Cowley, R.B., 2014. The influence of soil water conditions on canola yields and production in Southern Australia. Agricultural Water Management, 144, pp.20-32. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2014.05.016
Journal of Water Research in Agriculture
Volume 38, Issue 3
December 2024
Pages 257-278

Files

Share

How to cite

Statistics