تعیین شکاف عملکرد گندم در شرایط آب و نیتروژن محدود در منطقه شیروان: مدل (ceres-wheat و aquacrop) و آزمایش مزرعه¬ای

این پژوهش به منظور شبیه سازی عملکرد گندم در شرایط آب و نیتروژن محدود در منطقه شیروان با استفاده از مدل ceres-wheat و aquacrop انجام گرفت. هدف از انجام این تحقیق ارزیابی این دو مدل در شبیه سازی پارامترهای مختلف رشد و نمو، از طریق مقایسه پارامترهای شبیه سازی شده با نتایج مزرعه¬ای و ارزیابی توانایی مدل در پیش بینی زمان وقوع مراحل فنولوژیک و عملکرد گیاه؛ و همچنین تعیین عوامل موثر در کاهش عملکرد پتانسیل گندم (شکاف عملکرد) در منطقه بود. بدین منظور برای کسب داده¬های مورد نیاز برای واسنجی و اعتبار یابی مدل آزمایش مزرعه¬ای به صورت کرت¬های خرد شده و در قالب طرح بلوک¬های کامل تصادفی با سه تکرار در دو فصل زراعی 89-1388و 90-1389 بر روی گیاه گندم زمستانه (رقم سایونز) در شهرستان شیروان انجام گرفت. تیمارهای آزمایشی از چهار سطح آبیاری (i1: آبیاری کامل (ظرفیت زراعی)، i2: 80 درصد ظرفیت زراعی، i3: 60 درصد ظرفیت زراعی و i4: بدون آبیاری) به عنوان فاکتور اصلی و چهار سطح کود نیتروژن (n1: 0، n2: 100، n3: 175 و n4: 250 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) به عنوان فاکتور فرعی تشکیل شدند. نتایج حاصل از شبیه سازی مراحل فنولوژیکی با استفاده از مدل ceres-wheat در آزمایشات سال¬های اول و دوم نشان داد که مجذور میانگین مربعات خطای گلدهی، شیری شدن دانه و رسیدگی فیزیولوژیکی در هر دو سال از آستانه قابل قبول برای دقت مدل (مقادیر 10 درصد)، کمتر بوده که نشان دهنده دقت مدل در شبیه سازی مراحل فنولوژیکی است. هر چند روند شاخص سطح برگ در هر دو آزمایش نسبتاً خوب پیش بینی شده است با این حال بین شاخص سطح برگ مشاهده شده و شبیه سازی شده اختلاف نسبتاً زیادی وجود دارد. مجذور میانگین مربعات خطای عملکرد دانه نیز در سال¬های اول و دوم به ترتیب 95/8 و 11/9 درصد مشاهده شد. مجذور میانگین مربعات خطای بیوماس به ترتیب در سال¬های اول و دوم 03/5 و 30/5 درصد بود. این نتایج بیانگر آن است که بیوماس و عملکرد با دقت خوبی شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی با استفاده از مدل aquacrop نشان داد که مدل قادر است پوشش کانوپی، عملکرد دانه، بیوماس اندام هوایی و کارآیی مصرف آب را با دقت نسبتاً مناسبی خصوصاً در تیمارهای مطلوب آبیاری و مصرف کود نیتروژن شبیه سازی کند. مقایسه و ارزیابی دقت دو مدل بر مبنای شاخص¬های r2 و rmsen مشاهده شد که در هر دو سال آزمایش مدل ceres-wheat در شبیه سازی عملکرد گندم (رقم سایونز) در منطقه شیروان به خوبی عمل نموده و قدرت شبیه سازی آنها نسبت به مدل aquacrop بهتر است. آخرین هدف این تحقیق نیز تعیین شکاف عملکرد گندم در منطقه بود. برای رسیدن به این هدف مطالعه¬ای به صورت پیمایشی (در 20 مزرعه انتخاب شده در منطقه) و آزمایشات مزرعه¬ای انجام گرفت. در این آزمایش مهمترین فاکتورهای محدود کننده و کاهنده عملکرد آب، نیتروژن و عوامل مدیریتی در نظر گرفته شدند. شکاف عملکرد در این پژوهش از دو جنبه مورد بررسی قرار گرفت: (1) تعیین نسبت¬های مختلف عوامل موثر در ایجاد شکاف عملکرد بین مقادیر شبیه سازی پتانسیل عملکرد با مقادیر واقعی با استفاده از آزمایشات مزرعه¬ای و برای یک دوره دو ساله؛ (2) شکاف عملکرد منطقه برای یک دوره بلند مدت (ده ساله). نتایج سال اول آزمایش نشان داد که عملکرد پتانسیل (عملکرد شبیه سازی شده توسط مدل تحت شرایط اپتیمم)، قابل حصول (عملکرد بدست آمده در آزمایش مزرعه¬ای و تحت شرایط مطلوب مدیریتی) و واقعی (میانگین عملکرد بدست آمده توسط کشاورزان منطقه) به ترتیب 11075، 6647 و 5025 کیلوگرم در هکتار بدست آمد. کل شکاف عملکرد بوجود آمده برای گندم رقم سایونز در منطقه 5985 کیلوگرم در هکتار (عملکرد پتانسیل – عملکرد واقعی) تخمین زده شد. که از این مقدار آب و عنصر غذایی با کاهش 84/72 درصد عملکرد پتانسیل به عنوان دو عامل مهم محدود کننده عملکرد در منطقه محسوب می¬شوند. سومین عامل کاهنده عملکرد در منطقه عوامل مدیریتی (نظیر تاریخ کاشت، تراکم مطلوب، کنترل بیماری¬ها، آفات و علف¬های هرز و ...) شناخته شدند. به طوری که عوامل مدیریتی منجر به کاهش 16/27 درصدی عملکرد گندم نسبت به کل شکاف عملکرد شد. نتایج سال دوم آزمایش تقریباً مشابه با نتایج سال اول بدست آمد. بدین صورت که عملکرد پتانسیل ، قابل حصول و واقعی به ترتیب 10439، 6579 و 4960 کیلوگرم در هکتار محاسبه شد. کل شکاف عملکرد بوجود آمده برای گندم رقم سایونز در منطقه 5479 کیلوگرم در هکتار (عملکرد پتانسیل – عملکرد واقعی) بدست آمد. در آزمایش سال دوم نیز آب و عناصر غذایی با کاهش 45/70 درصدی عملکرد پتانسیل به عنوان مهمترین عوامل محدود کننده عملکرد در منطقه معرفی شدند. عوامل مدیریتی منجر به کاهش 55/29 درصدی عملکرد گندم نسبت به کل شکاف عملکرد شد. عملکرد پتانسیل منطقه برای یک دوره ده ساله (90-1381) محاسبه شد. نتایج شبیه سازی نشان داد که عملکرد پتانسیل از 34/5973 تا 49/8850 کیلوگرم در هکتار متغیر می باشد. عملکرد واقعی گندم در منطقه شیروان بر اساس میانگین عملکرد 10 ساله (1390-1381) از سال 1381 با میانگین 09/2511 کیلوگرم در هکتار به 14/4629 کیلوگرم در سال 1390 متغیر بود. میانگین شکاف عملکرد ده ساله منطقه نشان داد که شکاف بین میانگین عملکرد واقعی (15/3524 کیلوگرم در هکتار) و پتانسیل (69/7223 کیلوگرم در هکتار)، بالا می باشد و حدود 78/48 درصد است. محققان آب، نیتروژن، تاریخ¬های کاشت نامناسب، آفات و بیماری¬ها و علف¬های هرز را از مهمترین عوامل ایجاد کننده شکاف عملکرد بین عملکرد پتانسیل و عملکرد واقعی ذکر کردند. در پایان می¬توان نتیجه¬گیری کرد که با شناسایی عوامل موثر در شکاف عملکرد، می¬توان با بهینه سازی آن¬ها، عملکرد گندم در منطقه شیروان را به میزان قابل توجهی افزایش داد.