مقایسه توابع کاهش جذب آب در شرایط تنش آبی، با کاربرد ضرایب ثابت و جداگانه در مراحل رشد ذرت

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسنده

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

چکیده

سابقه و هدف:
برای کاهش اثرات کمبود آب در بخش کشاورزی نیاز به مدیریت بهینه مصرف آب می‌باشد. لذا برنامه‌ریزی آبیاری باید بر اساس نیاز آبی واقعی در طول دوره رشد گیاه باشد. به‌طوری که حساسیّت مراحل مختلف رشد گیاه در فرآیند جذب آب، درنظر گرفته شود. یکی از روش‌های برنامه‌ریزی آبیاری، کاربرد توابع کاهش جذب آب (α(h)) در شرایط تنش آبی است. در پژوهش‌های گذشته واسنجی و ارزیابی توابع کاهش جذب آب، با ضرایب ثابت در کل دوره رشد گیاه انجام شده است. اما هدف از پژوهش حاضر این است که توابع کاهش جذب آب با کاربرد ضرایب ثابت و جداگانه در مراحل رشد، مقایسه شوند. از این‌رو دقت تخمین داده‌های واقعی ضریب α(h) در طول دوره رشد گیاه بررسی می‌گردد.
مواد و روش‌ها:
این پژوهش بر روی گیاه ذرت رقم سینگل کراس 704 و در منطقه قزوین انجام شد. از مینی‌لایسیمترهای استوانه‌ای شکل با قطر 40 و ارتفاع 70 سانتی‌متر به‌عنوان بستر کشت استفاده شد. فاکتور اصلی در قالب تخلیه آب خاک در هشت سطح (I1) 45، (I2) 55، (I3) 60، (I4) 65، (I5) 70، (I6) 75، (I7) 80 و (I8) 85 درصد از کل آب دردسترس خاک تعریف شد. فاکتور فرعی نیز به‌صورت حساسیت چهار مرحله اولیه (P1)، توسعه (P2)، میانی (P3) و پایانی (P4) رشد گیاه ذرت به تنش آبی، انتخاب شد. یعنی اثر سطوح مختلف تخلیه آب خاک (تنش آبی) بر میزان جذب آب گیاه، در مراحل رشد ذرت (به‌طور جداگانه) بررسی شد. از این‌رو آزمایش به‌ صورت فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی، با 32 تیمار و سه تکرار اجرا شد. با استفاده از دستگاه رطوبت‌سنج ساخت شرکت دِلتاتی (ΔT) مدل HH2، مقدار رطوبت روزانه خاک اندازه‌گیری شد. به‌منظور شبیه‌سازی میزان کاهش جذب آب در شرایط تنش آبی، مدل‌های وَن‌گنوختن (1987)، دیرکسِن و همکاران (1988) و مدل همایی و همکاران (2002) به‌کار گرفته شد. برای واسنجی مدل‌ها از داده‌های واقعی α(h) در تیمارهای I1، I3، I5 و I7 استفاده شد. در واسنجی مدل‌ها، یک‌بار ضرایب آن‌ها به‌طور ثابت (در کل دوره رشد) و بار دیگر به‌طور متغیر برای 4 مرحله رشد برآورد شد. ارزیابی مدل‌ها نیز در راستای تخمین مقادیر واقعی α(h) در تیمارهای I2، I4، I6 و I8 انجام شد. برای این کار از آماره‌های CRM، EF، R2، RMSE و ME استفاده شد.
یافته‌ها:
اثر دو فاکتور کمبود آب خاک و حساسیّت فیزیولوژیکی مراحل رشد گیاه بر میزان جذب آب، در سطح یک درصد معنی‌دار بود. از تیمار I1 الی I8 مقدار جذب آب در کل دوره رشد گیاه، با شیب 4/7 درصد کاهش یافت. اما مقدار جذب آب در مراحل رشد اولیه، توسعه، میانی و پایانی به‌ترتیب 5، 9/6، 9 و 6/4 درصد کاهش پیدا کرد. درنتیجه حساس‌ترین مراحل رشد ذرت (نسبت به تنش آبی)، به‌ترتیب شامل مراحل میانی، توسعه، اولیه و پایانی رشد بود. واسنجی مدل‌ها نشان داد که در یک مدل مشخص، ضرایب تابع در هر یک از مراحل رشد نسبت به کل دوره رشد تفاوت داشت. براساس نتایج، اولویت‌های برتر برای انتخاب مدل‌های بهینه، به حالت کاربرد ضرایب جداگانه در مراحل رشد اختصاص یافت. در بین مدل‌های مختلف، مدل وَن‌گنوختن با شاخص‌های آماری 032/0=CRM، 928/0=EF، 942/0=R2، 057/0=RMSE و 1/0=ME به‌عنوان مدل بهینه تعیین شد.
نتیجه‌گیری:
نتایج این پژوهش نشان داد که با کاربرد ضرایب متغیر در توابع کاهش جذب آب، دقت مدل‌سازی افزایش می‌یابد. باتوجه به حساسیت متفاوت گیاه در مراحل رشد، تخمین بهتری از میزان واقعی جذب آب در شرایط تنش آبی انجام می‌گیرد. درنتیجه نیاز آبی واقعی گیاه با دقت بیشتری محاسبه می‌شود. هم‌چنین میزان مصرف آب مطابق با نیاز واقعی گیاه درنظر گرفته می‌شود که باعث مدیریت بهتر منابع آبی خواهد بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of Water Uptake Reduction Functions in Water Stress Conditions, by Using the Constant and Separate Coefficients in Maize Growth Stages

نویسنده [English]

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

Background and objectives: For reduction of water deficiency effects in agricultural sector, it is needed to management of optimal water consumption. Irrigation scheduling should be based on the actual water requirement during the crop growth period. So that the crop growth stages sensitivity is considered in the water uptake process. The application of water uptake reduction functions (α(h)) in water stress conditions, is one of methods for irrigation scheduling. In past researches, the calibration and evaluation of water uptake reduction functions have been done by constant coefficients in the crop growth period. But the aim of this research, is to compare the water uptake reduction functions by application of constant and separate coefficients, in crop growth stages. Therefore, the accuracy of estimation of actual α(h) data, is investigated in crop growth period.
Materials and methods: This research was conducted on maize S. C 704, in Qazvin region. The mini-lysimeter with diameter of 40 cm and height of 70 cm was used for crop cultivation. The main factor was defined as soil water depletion at levels of 45%(I1), 55%(I2), 60%(I3), 65%(I4), 70%(I5), 75%(I6), 80%(I7) and 85%(I8), relative to total available water. Sub main factor was selected as the sensitivity to water stress in growth stages of initial (P1), development (P2), mid (P3) and late (P4). So that, the effect of soil water depletion (water stress) on water uptake amount, was investigated in maize growth stages (as separately). The experiment was performed as factorial and in a completely randomized design, with 32 treatments and three repetitions. Daily soil moisture was measured by moisture meter (HH2 model and made by ΔT company). For simulation the water uptake reduction (in water stress conditions), were applied the models of Van Genuchten (1987), Dirksen et al (1988) and Homaee et al (2002). The actual data of α(h) in I1, I3, I5 and I7 treatments, were used for models calibration. For this work, the models coefficients were estimated constantly (in whole growth period) and variably (in 4 growth stages). The models evaluation were performed for estimation of α(h) actual values in I2, I4, I6 and I8 treatments. The statistics indicators of CRM, EF, R2, RMSE and ME were used for models evaluation.
Results: The effect of soil water depletion and crop growth stages sensitivity on water uptake, was significant at the level of 1%. From I1 to I8 treatments, the water uptake amount in the whole of growth period, was decreased by slope of 7.4%. But the water uptake amounts in the initial, development, mid and late stages were decreased to 5%, 6.9%, 9% and 4.6%, respectively. As a result, the most sensitive growth stage of maize (relative to water stress) was included the mid, development, initial and late, respectively. The models calibration showed that in a specific model, the function coefficients amounts were different in growth stages (compared to whole of growth period). The best priorities for optimal model choosing, was assigned to application of separate coefficients in the crop growth stages. Among the different models, the Van Genuchten model with statistical indices of CRM=0.032, EF=0.928, R2=0.942, RMSE=0.057 and ME=0.1, was determined as the optimal model.
Conclusion: The results of this research showed that the modeling accuracy was increases, by application of variable coefficients in water uptake reduction functions. Due to different sensitivity in crop growth stages, is done a better estimation of actual water uptake amount, in water stress conditions. As a result, the actual crop water requirement is calculated by more accurately. Also, the water consumption amount is considered according to actual crop needs, which will cause to better management of water resources.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Growth stage sensitivity
  • Modeling
  • Stress coefficient
  • Water requirements