شبیه سازی عملکرد و بهینه سازی مصرف آب و نیتروژن برای سویا با استفاده از مدل aquacrop

در حال حاضر کشاورزی تکیه گاه مهم امنیت غذایی و حیات اقتصادی کشور می باشد. در این میان آب به عنوان مهمترین و محدودترین عامل تولید از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. تهیه برنامه های آبیاری صرفاً بر اساس آزمایش های مزرعه ای دشوار، زمان بر و همراه با هزینه بسیار است. لذا مدل هایی که اثرات مقادیر مختلف آب بر عملکرد محصول را به صورت کمی شبیه سازی می کنند، ابزارهایی مفید در مدیریت آب در سطح مزرعه و بهینه سازی کارایی مصرف آب می باشند. مدل aquacrop که اخیراً توسط فائو بسط داده شده است، عملکرد محصول را بر اساس آب قابل استفاده تحت شرایط مختلف از جمله کم آبیاری شبیه سازی می کند. یک سیستم آبیاری بارانی تک شاخه ای تحت سطوح مختلف آب آبیاری و نیتروژن در طی دو فصل کشت برای سویا در مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی استان گلستان اجرا شد. در این مطالعه با استفاده از مدل aquacrop، شبیه سازی عملکرد، بیوماس، پوشش گیاهی، تبخیر و تعرق، درصد رطوبت خاک و کارایی مصرف آب سویا در تیمارهای مختلف آب آبیاری و نیتروژن مورد بررسی قرار گرفت. با کاهش مقدار آب آبیاری و نیتروژن، خطای شبیه سازی افزایش یافت ولی نتایج شبیه-سازی در محدوده قابل قبولی بود. مقدار پوشش گیاهی شبیه سازی شده تقریباً مشابه با مقدار پوشش گیاهی واقعی از زمان کاشت تا زمان گلدهی گیاه بود. افزایش اختلاف بین مقدار پوشش گیاهی شبیه سازی شده و مقدار واقعی، بعد از زمان گلدهی مشاهده شد که می تواند به علت افزایش دمای هوا و در نتیجه پیری سریع تر پوشش گیاهی و کاهش پوشش گیاهی باشد. مقدار بیوماس تجمعی شبیه سازی شده توسط مدل aquacrop برای سطوح نیتروژن 100 و 80 درصد نیتروژن کاربردی، از دوره گلدهی تا انتهای فصل کمتر از مقدار واقعی تخمین زده شد. برای سطوح زیاد آب آبیاری و نیتروژن، خطای قابل توجهی در شبیه سازی وجود نداشت. با استفاده از مدل می توان مقادیر بهینه مصرف آب برای حصول حداکثر wue را تعیین نمود. حداکثر مقدار kc اندازه گیری شده در سال 1389 و 1390 به ترتیب برابر با 18/1 و 15/1 به دست آمد. مقدار kc شبیه سازی شده در سال 1389 و 1390 به ترتیب برابر با 15/1 و 12/1 به دست آمد. برای بررسی ضریب واکنش (ky) سویا نسبت به آب، مقادیر افت نسبی عملکرد نسبت به مقادیر افت نسبی تبخیر و تعرق رسم شد. در همه تیمارهای نیتروژن، ضریب واکنش عملکرد برای تمام دوره رشد کمتر از واحد است. بررسی مقایسه ای سه تیمار نیتروژن (میانگین دو ساله) نشان داد که تیمار n1 (نیتروژن کامل) نسبت به آب در مقایسه با دو تیمار دیگر نیتروژن، چون ky آن از همه بزرگتر می باشد (85/0 در مقابل 68/0 و 63/0)، دارای حساسیت بیشتری است. نتایج نشان داد که مقدار ky سویا برابر 85/0 است و مدل می تواند با درصد خطای قابل قبولی (کمتر از 10 درصد)، مقدار ky را پیش بینی کند. برای تخمین تابع تولید آب-نیتروژن از شکل های تابعی خطی ساده، کاب داگلاس، درجه دوم و متعالی استفاده شد. با مقایسه ضرایب و خطای استاندارد مشخص شد که از نظر خوبی برازش، تابع متعالی نسبت به سایر توابع بهتر است. بنابراین در تحلیل نتایج از مدل متعالی به عنوان تابع تولید سویا تحت شرایط تنش آب- نیتروژن استفاده شد. مقایسه سناریوهای مختلف کم آبیاری و نیتروژن نشان داد که گیاه سویا به تنش آب در مقایسه با تنش نیتروژن، حساسیت بیشتری نشان داد. به طور مثال اگر میزان آب کاربردی، 65 درصد کاهش یابد، میزان عملکرد به طور متوسط 3/57 درصد کاهش می یابد ولی اگر میزان نیتروژن کاربردی، 65 درصد کاهش یابد، میزان عملکرد به طور متوسط 6/15 درصد کاهش می یابد. با توجه به نتایج این پژوهش، می توان از مدل aquacrop به-عنوان یک ابزار مناسب و با قابلیت های مختلف جهت بهبود مدیریت آب و نیتروژن استفاده نمود.