ارائه تابع تولید شوری- آب- محصول برای گندم بهاره با استفاده از روش رویه پاسخ

کمبود منابع آب یکی از بزرگترین مشکلات کشورهای نیمهخشک همچون ایران میباشد. کشاورزی فاریاب بزرگترین مصرف کننده آب است و بنابراین بایستی مصرف آب در این بخش به خوبی مدیریت شود. کم آبیاری و استفاده از آبهای شور برای آبیاری دو راهکار مهم مورد استفاده برای غلبه بر مشکلات کم آبی میباشد. گندم، اصلیترین گیاه زراعی و ماده غذایی در ایران است و بنابراین برنامهریزی آبیاری این گیاه توجه ویژهای را طلب میکند. این پژوهش با هدف اشتقاق توابع تولید برای گندم بهاره در منطقه مشهد با استفاده از روش رویه پاسخ انجام شده است. علاوه بر این در این پژوهش تلاش شد تا توانایی روش رویه پاسخ در کاوش فضای آزمایشگری با توانایی روشهای دادهکاوی در مدلسازی سامانههای پیچیده غیرخطی با چند متغیر ترکیب شود. روش رویه پاسخ شامل 3 مرحله زنجیرهای است: آزمایشات گزینش به منظور تعیین مهمترین متغیرها (مرحله صفر)، بهینهسازی با استفاده از روش بزرگترین شیب صعودی به منظور یافتن ناحیه مطلوب (در داخل ناحیه آزمایشگری) که پاسخ در آن در آزمایشات آتی بیشینه شود (مرحله اول) و مدلسازی رویه پاسخ به وسیله طرحهای رویه پاسخ و مدلهای رگرسیونی مرتبه بالا (مرحله دوم).دو دسته کلی توابع تولید در این پژوهش اشتقاق یافتند: توابع تولید آب-شوری که از اطلاعات میزان آب آبیاری و شوری آب آبیاری برای مدلسازی استفاده میکنند و توابع تولید آب-شوری-محصول که از اطلاعات تبخیر-تعرق به جای آب آبیاری بهره میبرند. برای دستیابی به این هدف، آزمایشی در دو سال زراعی متوالی 88-89 و 89-90 در مزرعه دانشکده کشاورزی دانشگاه فردوسی مشهد انجام شد. مراحل صفر و یک روش رویه پاسخ بر اساس نتایج آزمایشات سال اول و مرحله دوم بر اساس آزمایشات سال دوم انجام شد.در سال اول طرح فاکتوریل 22 بدون تکرار با 2 نقطه مرکزی اضافه شده برای دو منبع آب با شوری 5/0 و 10 دسی زیمنس بر متر انجام شد. سی و شش واحد آزمایشی استفاده شد و متغیرهای مستقل (4 متغیر) در این سال میزان آب آبیاری در مراحل مختلف رشد بودند. دو سطح آبیاری، 100 و 20 درصد نیاز آبی کرت شاهد بودند. در سال دوم زراعی طرح مرکب مرکزی با 5 متغیر (4 متغیر آب آبیاری و 1 متغیر شوری) در 52 واحد زراعی انجام شد. سطوح آبیاری برابر 30، 40، 65، 90 و 100 درصد نیاز آبی کرت شاهد و سطوح شوری برابر 5/0، 8/1، 25/5، 6/8 و 10 دسی زیمنس بر متر بودند. در سال اول زراعی پایش رطوبت در تمامی واحدهای زراعی توسط tdr صورت پذیرفت و در سال دوم زراعی پایش شوری در خاکرخ انجام شد. برای تعیین خصوصیات هیدرولیکی خاک از روش دادهکاوی k نزدیکترین همسایه استفاده شد. مدلسازی توابع تولید در سال اول زراعی بهوسیله روشهای رگرسیون مرتبه اول انجام شد. در سال دوم زراعی از مدلهای رگرسیون مرتبه بالاتر و دو روش دادهکاوی(شبکههای عصبی مصنوعی و درختهای تصمیم)برای ارایه توابع تولید و ترسیم رویههای پاسخ استفاده شد. برای اشتقاق توابع تولید آب-شوری-محصول، پنج تابع تولید معروف کول و ماتیوس (1923)، دورنباس و کاسام (1979)،جنسن (1968)، مینهاس و همکاران (1974) و استگمان (1979) نیز انتخاب شدند و کارایی آنها با یکدیگر مقایسه شد.در هر دو سال از روش بهینهسازی بر مبنای تابع مطلوبیت استفاده شد. در مرحله مدلسازی تکمیلی برای تعیین دقت توابع اشتقاقی دادههای دو سال زراعی با یکدیگر ترکیب شد و برای تعیین اعتماد پذیری توابع حاصله از دادههای دو پژوهش مستقل دیگر در فاز آزمون (نخجوانی مقدم و قهرمان1384 و نحوینیا و همکاران، 1389) استفاده شد. نتایج نشان داد که حساسیت گندم بهاره به تنش آبیدر اواسط فصل رشد بسیار بیشتراز ابتدا و انتهای فصل رشدبود. همچنین تحلیل آماری دادههای حاصله نشان داد که شوری آب آبیاری تاثیر بسیاری بر میزان محصول تولیدی دارد.نتایج نشان داد که روش k نزدیک ترین همسایه روش خوبی برای تعیین خصوصیات هیدرولیکی خاک میباشد. بهترین توابع تولید آب-شوری-محصول به ترتیب درختهای تصمیم و تابع جنسن (1968) با آماره nmse 004/0 و 008/0 بودند.در مدلسازی تکمیلی بهترین نتایج با استفاده از شبکههای عصبی و درختان تصمیم حاصل شد که این یافته به نوبه خود توانایی این روشها را برای جایگزین شدن به جای رگرسیون نشان میدهد.در کل، دقت بالای توابع اشتقاق یافته حتی برای داده های مستقل ثابت کرد که روش ترکیبی پیشنهادی در این پژوهش(ترکیب روش رویه پاسخ و ابزارهای دادهکاوی) توانایی بالایی برای مدلسازی توابع تولید آب-شوری و توابع تولید آب-شوری-محصول دارد.