مقایسه مدل های Aquacrop و SWAP در شبیه سازی رشد و بهره وری آب فلفل دلمه ای تحت تنش شوری و کم آبی

سابقه و هدف: استفاده از مدل های شبیه سازی یک استراتژی در مدیریت مصرف آب کشاورزی و روشی موثر در پیش بینی تاثیر مدیریت آبیاری و کیفیت آب بر عملکرد محصول و بهره وری مصرف آب است. با توجه به وجود تنش های محیطی در هر منطقه، مدل های گیاهی باید در هر منطقه ارزیابی شده و مورد تایید قرار بگیرند. همچنین با توجه به این که بررسی عوامل محیطی و مدیریتی مانند مقدار و شوری آب آبیاری و اصلاح کننده ها بر روی عملکرد و بهره وری مصرف آب گیاهان زراعی نیازمند آزمایش های مزرعه ای هزینه بر و زمان بر است، می-توان اثر عوامل مختلف بر عملکرد گیاهان را با استفاده از مدل های گیاهی شبیه سازی کرد. در سال های اخیر مدل های زیادی برای بررسی روابط آب و خاک و گیاه مورد استفاده قرار گرفته است. مدل های AquaCrop و SWAP دو نمونه از این مدل ها می باشد. مدل های مذکور بایستی برای هر محصول و در هر منطقه خاص واسنجی و ارزیابی شوند. اساس این مدل ها عکس العمل عملکرد محصول نسبت به آب مصرفی است و با استفاده از متغیرهای اقلیمی، گیاه، خاک و مدیریتی، عملکرد محصول را شبیه سازی می کند. علی رغم این که مدل های گیاهی از جمله روش های پرکاربرد برای شبیه سازی عملکرد گیاهان زراعی تحت مدیریت های مختلف مرزعه است، لیکن توجه به حساسیت این مدل ها نسبت به پارامترهای ورودی می تواند عملیات واسنجی را بهبود بخشد و خطای شبیه سازی را کاهش دهد. تحلیل حساسیت متغیرها به محققین کمک می کند تا اطلاعات کافی در خصوص تاثیر هر پارامتر و مقدار تغییرات آن در مرحله واسنجی داشته باشند. مواد و روش ها: این پژوهش در در دو سال زراعی نیمه دوم بهمن ۱۴۰۲ و ۱۴۰۱ در مزرعه تحقیقاتی در شهرستان زهک واقع استان سیستان و بلوچستان در قالب طرح کرت های خرد شده به صورت بلوک کامل تصادفی در سه تکرار انجام شد. تیمارها شامل سه تیمار آب آبیاری (I۱ ، I۲، I۳ به ترتیب معادل ۶۰، ۸۰ و ۱۰۰ درصد ظرفیت زراعی خاک) و سه سطح شوری آب آبیاری (S۱، S۲، S۳ به ترتیب معادل ۱، ۳ و ۵ دسی زیمنس بر متر) بود. ابتدا زمین مورد نظر شخم، دیسک زده و کرت بندی شد. طول هر کرت ۴ متر و عرض آن ۳ متر بود. همچنین فاصله بین کرت های فرعی یک متر و فاصله بین کرت های اصلی ۲ متر درنظر گرفته شد. در هر کرت پنج ردیف کشت بود که دو ردیف کناری به عنوان حاشیه در نظر گرفته شد و داده های مورد نیاز از ردیف های میانی برداشت شد. فواصل ردیف های کشت از هم ۷۵ سانتی متر و فاصله بوته ها روی ردیف ۳۰ سانتی متر بود. اولین برداشت میوه در هر دو سال، اواسط اردیبهشت انجام و در مجموع هشت مرحله برداشت انجام گردید. در پایان فصل برداشت عملکرد محصول اندازه گیری و بهره وری مصرف آب محاسبه شد. به منظور شبیه سازی اثر شوری و کم آبی بر عملکرد و بهره وری مصرف آب از دو مدل AquaCrop و SWAP استفاده شد. از داده های زراعی سال اول برای واسنجی مدل و از داده های زراعی سال دوم برای صحت سنجی مدل استفاده شد. برای آزمون دقت و بررسی کارایی مدل ها از آماره های خطای جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، میانگین خطای اریب (MBE)، ضریب تبیین (R۲) و کارایی مدل (EF) استفاده شد. همچنین در این تحقیق برای تعیین درصد حساسیت مدل ها به تغییرات پارامترهای ورودی و نیز تعیین داده های مورد نیاز برای واسنجی، از تحلیل حساسیت استفاده شد. برای تعیین تحلیل حساسیت مدل، در هر نوبت یکی از داده های ورودی مدل به مقدار ۲۵ درصد تغییر داده شد و بقیه پارامترها ثابت نگه داشته شدند و مدل با استفاده از شرایط جدید اجرا گردید.یافته ها: با توجه به مقایسه مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده عملکرد و بهره وری مصرف آب کینوا و محاسبه شاخص های ارزیابی آماری می توان بیان داشت که AquaCrop و SWAP به خوبی توانسته اند عملکرد و بهره وری مصرف آب را در شرایط استفاده از آب با مقادیر و کیفیت های مختلف شبیه سازی کند. اختلاف بین مقادیر اندازه گیری شده و مقادیر شبیه سازی شده عملکرد و بهره وری مصرف آب در هر دو مدل، کمتر از ۱۰ درصد بود. جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین خطای اریب (MBE)، ضریب تبیین (R۲) و درصد خطای نسبی (EF) برای عملکرد در مرحله صحت سنجی با مدل AquaCrop به ترتیب ۳۴/۲، ۱۶/۰، ۸۵/۱-، ۹۳/۰ و ۸۷/۰ و برای بهره وری مصرف آب در این مرحله به ترتیب ۳۶/۰، ۱۹/۰، ۴۲/۰-، ۸۹/۰ و ۸۱/۰ به-دست آمد. جذر میانگین مربعات خطا (RMSE)، جذر میانگین مربعات خطای نرمال شده (NRMSE)، میانگین خطای اریب (MBE)، ضریب تبیین (R۲) و درصد خطای نسبی (EF) برای عملکرد در مرحله صحت سنجی با مدل SWAP به ترتیب ۸۹/۲، ۱۷/۰، ۸۳/۱-، ۹۲/۰ و ۸۴/۰ و برای بهره وری مصرف آب در این مرحله به ترتیب ۴۳/۰، ۱۹/۰، ۳۸/۰-، ۸۹/۰ و ۸۲/۰ به دست آمد. با توجه به مقادیر کمتر آماره های خطا در مدل AquaCrop، می توان گفت این مدل نسبت به مدل SWAP در شرایط تنش شوری و کم آبی بهتر توانسته است عملکرد و بهره وری مصرف آب فلفل دلمه را شبیه سازی کند. نتایج تحلیل حساسیت بیانگر حساسیت متوسط تا کم هر دو مدل به پارامترهای مورد بررسی بود.نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده می توان بیان داشت که هر دو مدل AquaCropو SWAP با یک سطح اطمینان قابل قبول می-تواند در شبیه سازی عملکرد و بهره وری مصرف آب گیاه فلفل دلمه تحت تیمارهای مختلف کمی و کیفی آب آبیاری مورد استفاده قرار گیرد و به عنوان یک ابزار توانمند و کارامد در جهت انتخاب مدیریت بهینه آبیاری به کشاورزان، طراحان، متخصصان و مدیران کشاورزی کمک نماید؛ لیکن دقت مدل AquaCropبهتر بود. بنابراین می توان گفت، با توجه به این که مدل AquaCropنسبت به سایر مدل های گیاهی به داده های ورودی کمتری نیاز دارد و از دقت و توانمندی بالایی در شبیه سازی رشد گیاه برخوردار است، می توان از آن به عنوان ابزاری کارآمد برای برآورد عکس العمل گیاه نسبت به مقدار کمیت و کیفیت آب مصرفی استفاده کرد.

کلیدواژه ها:

تحلیل حساسیت ، بهره وری آب نرمال شده ، ضریب تبخیر-تعرق ، ضریب رشد پوشش ، ضریب کاهش پوشش