مدل سازی ریاضی واکنش نیشکر به شوری آب آبیاری و کاربرد در مدل saltmed برای مدیریت آبیاری نیشکر در مناطق گرم و خشک

یکی از اثرات خشک سالی های اخیر کاهش دبی آب های سطحی بوده که باعث افزایش شوری آب، افزایش آلودگی و ... گردیده است. در استان خوزستان کشت و صنعت های نیشکر مساحت زیادی را به خود اختصاص داده اند و تمام نیاز آبی خود را از آب رودخانه کارون تامین می نمایند. از هفت شرکت کشت و صنعت نیشکر، پنج شرکت در جنوب اهواز بوده، جایی که شوری آب به حداکثر مقدار خود می رسد، که قطعا با مشکلات متعددی از نظر کمیت و کیفیت آب آبیاری مواجه بوده و خواهند شد. لذا با لحاظ این موارد تحقیق حاضر به منظور بررسی اثرات استفاده از زه آب به عنوان آب آبیاری بر عملکرد نیشکر و اجزا آن، مدل سازی ریاضی واکنش نیشکر به شوری آب آبیاری، بررسی و تعیین بهترین مدل جذب آب در شرایط شوری، تعیین اثر شوری عصاره اشباع خاک بر عملکرد، بررسی توزیع شوری و املاح در پروفیل خاک، تعیین روابط و میزان همبستگی درصد نیتروژن و مقدار کلروفیل پهنک برگ نیشکر به تفکیک واریته، مطالعه توزیع ریشه در سطوح مختلف شوری برای سه واریته نیشکر، تعیین روابط پارامترهای کیفی شربت نیشکر با شوری آب آبیاری، آنالیز حساسیت، کالیبراسیون و صحت سنجی مدل saltmed انجام شد. این طرح در سال 87-1386 در مرکز تحقیقات شرکت کشت و صنعت نیشکر اجرا گردید. در تحقیق حاضر چهار سطح شوری آب آبیاری (آب معمول منطقه، آب با هدایت الکتریکی های 3، 4/5 و 6 دسی زیمنس بر متر) به عنوان تیمارهای اصلی و سه واریته (cp48-103، cp57-614 و irc99-01) به عنوان تیمارهای فرعی در چهار تکرار در قالب طرح کاملا تصادفی مورد مطالعه قرار گرفت. طرح در زمینی به مساحت تقریبی 1000 مترمربع که به کرت هایی به ابعاد 4*48/5 متر تقسیم شده بود، انجام شد. بافت غالب خاک مزرعه شنی رسی لومی، از نظر زهکشی دارای زهکشی طبیعی و با توجه به اندازه گیری های سطح آب چاهک مشاهداتی احداث شده در مزرعه طی تحقیق، زمین فاقد مشکل از نظر سطح ایستابی شناخته شده، لذا تنها عامل اثر گذار بر رشد نیشکر را می توان شوری آب آبیاری دانست. سه سطح آب آبیاری 3، 4/5 و 6 دسی زیمنس بر متر از اختلاط زه آب شرکت کشت و صنعت امیرکبیر با آب رودخانه تهیه و آب معمول منطقه نیز آب رودخانه بود. پس از کشت نیشکر در شهریور 1386 تا اسفند 1386 مراحل داشت مانند شرکت های کشت و صنعت نیشکر انجام شد. به عبارت دیگر مراحل رشد ابتدایی و توسعه بدون تنش سپری گردید. از فروردین 1387 تا پایان مهر ماه 1387 تیمارهای شوری آب آبیاری اعمال گردید و به طور تصادفی نسبت به زمان قبل از آبیاری نمونه برداری از خاک تا عمق 90 سانتی متری به فواصل هر 30 سانتی متر انجام و در آزمایشگاه هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک، اسیدیته، سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، کلر، سولفات و بی کربنات اندازه گیری شد. از ابتدا آبان 1387 تا ابتدا دی ماه 1387 قطع آب و فرصت قندسازی به نیشکر داده و در هفته اول دی ماه برداشت انجام شد. پس از برداشت میزان عملکرد به صورت محصول تولیدی، میزان نی تولیدی و ارتفاع نی اندازه گیری و شربت نیشکر مورد آنالیز کیفی قرار گرفت. نتایج نشان دادند که با افزایش هدایت الکتریکی آب آبیاری میزان عملکرد محصول، عملکرد نی، ارتفاع، درصد پل، بریکس، درصد خلوص، درصد شکر زرد و میزان ساکاروز کاهش می یابد. هم چنین مشخص شد که واریتهirc99-01 به ازا سطوح مختلف شوری کاربردی بیشترین میزان محصول تولیدی را داشته و پس از آن به ترتیب واریته های cp57-614 و cp48-103 قرار دارند. واکنش واریته های مورد مطالعه به نسبت کیفیت و هدایت الکتریکی شربت نیز مشابه و به صورت افزایش به ازا افزایش هدایت الکتریکی آب آبیاری می باشد. سه واریته مورد مطالعه نسبت به مقدار یون های کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم و کلر با افزایش شوری آب آبیاری واکنش های مختلف نشان داده اند که می توان آن را به فیزیولوژی گیاهی مرتبط دانست. در تحقیق حاضر یکی از اهداف تعیین تابع تولید بهینه بود که به دین منظور تابع بهینه تولید مشخص شد. نتایج نشان دادند که توابع درجه سه، دو و خطی در رتبه های اول تا سوم برای سه واریته مورد مطالعه قرار دارند. بررسی مدل های جذب آب در شرایط شوری نشان دادند که مدل ماس و هافمن بهترین جواب ها را برای نیشکر و سه واریته مورد مطالعه ارائه داده است. به منظور مطالعه وضعیت ریشه سه واریته مورد مطالعه، بعد از برداشت ترانشه حفر گردید و ملاحظه شد که واریته cp48-103 بیشترین توزیع افقی و عمودی ریشه را دارد و پس از آن واریته های cp57-614 و irc99-01 قرار دارند. ضمنا با افزایش شوری توزیع افقی و عمودی ریشه کاهش یافته است. بررسی وضعیت کیفی شربت نیشکر تولیدی در ارتباط با سطوح شوری آب آبیاری به کار رفته به تفکیک واریته نشان دهنده کاهش عواملی چون؛ بریکس، پل، درصد خلوص شربت، منیزیم و پتاسیم با افزایش هدایت الکتریکی آب آبیاری می باشد. از طرف دیگر مقدار هدایت الکتریکی، کلسیم، سدیم و کلر شربت نیشکر با افزایش هدایت الکتریکی آب آبیاری افزایش یافته است. نتایج بررسی هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک نشان داد که با افزایش عمق هدایت الکتریکی عصاره اشباع خاک کاهش یافته است. هم چنین توزیع شوری در چهار سطح شوری این تحقیق تقریبا یکسان می باشد. با گذشت زمان شوری در پروفیل خاک افزایش یافته است. در تحقیق انجام شده با توجه به بررسی های به عمل آمده، مدل saltmed با هدف صحت سنجی نتایج انتخاب شد. به منظور استفاده از یک مدل کامپیوتری در تحقیقات (صحت سنجی و کاربرد)می بایست دو مرحله آنالیز حساسیت و کالیبراسیون مدل با استفاده از داده های منطقه ای انجام شود. آنالیز حساسیت مدل کامپیوتری saltmed با استفاده از داده های سال زراعی 84-1383 شرکت کشت و صنعت نیشکر فارابی (cp57-614 پلنت) انجام شد. نتایج نشان دادند که مدل نسبت به کلیه پارامترهای بررسی شده (درجه حرارت حداقل و حداکثر، سرعت باد، ساعات روشنایی، بارندگی، رطوبت نسبی، فاکتور پایداری مدل، فاکتور سطح خیس شده، میزان آب آبیاری، شوری آب آبیاری، دور آبیاری، حداکثر عمق ریشه، حداکثر ارتفاع گیاه، شاخص برداشت، ضریب انعکاس گیاهی، میزان نیتروژن و ضریب انعکاس خاک) به جز ضریب انعکاس گیاهی که دارای حساسیت کم بوده، دارای حساسیت متوسط می باشد. کالیبراسیون مدل با استفاده از داده های سال های زراعی 85-1384 و 86-1385 شرکت کشت و صنعت نیشکر دعبل خزاعی بر ضرایب گیاهی واحد و دوتایی انجام شد. با هدف شبیه سازی عملکرد نیشکر داده های مربوط به سه واریته مورد مطالعه به مدل وارد، سپس نتایج شبیه سازی عملکرد و مقادیر اندازه گیری شده به تفکیک واریته و سطوح شوری کاربردی مورد ارزیابی آماری قرار گرفتند. نتایج عملکرد شبیه سازی شده سه واریته مورد مطالعه به وسیله مدل نشان دادند که مدل برآوردی بیش از مقدار اندازه گیری شده ارائه می دهد. هم چنین از آن جایی که یکی از قابلیت های مدل saltmed شبیه سازی حرکت املاح در خاک می باشد، میزان شوری اندازه گیری و شبیه سازی شده به وسیله مدل مقایسه گردید. نتایج بیانگر همبستگی مناسب بین مقادیر اندازه گیری و شبیه سازی شده می باشند. در کل بررسی ها نشان دادند که مدل saltmed توانایی مناسبی جهت شبیه سازی پروفیل شوری در خاک داشته و مقدار شوری خاک را بیش از مقدار واقعی برآورد می نماید. که از این بابت می توان میزان زیادی برآورد را به عنوان یک فاکتور ایمنی در مدیریت آبیاری دانست.