واسنجی و ارزیابی مدل OILCROP-SUN برای گیاه آفتابگردان در سطوح مختلف آب کاربردی و کود نیتروژنی

STUDENT

DEGREE

YEAR

To achieve the highest WUE and crop yield production, the best strategy for water and nitrogen (N) management in water crisis condition should be considered. Although field researches are the most accurate methods, they are time-consuming and costly and their findings are not transferable to other locations. Thus, the crop models functioning more easily as well as faster are applied for efficient and accurate performance of available water and N fertilizer. The objective of this study was to calibrate and evaluate the OILCROP-SUN model for Euroflor hybrid of sunflower and to evaluate the performance of the model under different levels of irrigation and N fertilizer. This study was conducted in 2011 at the Isfahan University of Technology research field in Lavark. The experimental treatments included four levels of irrigation, including two deficit irrigation levels 0.6 SMD (soil moisture depletion) (W1), 0.8 SMD (W2), a full irrigation level, 1 SMD (W3), and an over irrigation level 1.2 SMD (W4). Three N fertilizer levels including 0 (N0), 50 (N50) and 100 (N100) kg N/ha were applied. The treatments were arranged in a strip-plot statistical design with randomized complete blocks with three replications. Two common hybrids of sunflower in Iran (Euroflor and Sirna) were planted. The timing and amount of irrigation were determined by daily monitoring of soil moisture in 12 experimental plots at six soil layers by PR2 moisture meter in N50 fertilizer level. During the growing season, total biomass (TB), dry weight of head (WH), stem (WS) and leaf (WL), diameter of head (DH) and stem (DS), plant height (PH) and leaf number (LN) were measured in four stages. Harvest parameters included the number of seeds per head (SN), seed weight (SW), seed yield (SY), percentage of seed oil ( PO ), and seed nitrogen (SN). Using collected field data OILCROP-SUN model was calibrated and evaluated for different levels of water and N. According to volume balance method, the Euroflor and Sirna K C for development, middle, and late stages were found to be 0.75 and 0.72, 1.18 and 1.15, 0.9 and 0.84, respectively. The PH, SD, HD, TB, WH, WS, WL, SY, oil production and IWUE of seed and oil, were affected by irrigation for Euroflor hybrid. Also the PH, TB, WH, WL and PO, were affected by N fertilizer. The optimum level of irrigation to achieve higher IWUE was W3 treatment. The maximum value of SY was occurred for W4N100. The negative impact of increasing N fertilizer was shown on seed and oil production for deficit irrigation levels. Genetic coefficients derived from calibration OILCROP-SUN model were P1= 278, P2= 5, P5= 693, G2= 1000, G3= 1.02 and O1= 60 for Euroflor hybrid. The results indicate the accuracy of the calibration process was acceptable. The model predicted the phenology dates of sunflower such as anthesis date and maturity date exactly. The maximum difference percentage between measured and simulated values at W3N50 was 13.1 percent for SN and at W4N50 was 17.2 percent for SY. The evaluation results showed that SY for 12 treatments with NRMSE value equal to 18.5%, and the d-index equal to 0.92 was simulated very well. The value of d ??of the different treatments of water and N for SN was equal to 0.93, and for oil production per hectare was equal to 0.91, also NRMSE values ??were equal to 20 and 22%, respectively. These results indicate the possibility of using the model to predict the amount of SN and seed oil under different managements of water applied and N. The Kc models based on days after planting and thermal time developed for drip-tape irrigation system to increase the accuracy of farm irrigation management. Also, the OILCROP-SUN model calibration and evaluation provided situation to evaluate different strategies of water and nitrogen fertilizer on sunflower. Furthermore, the verification and validation of the model makes it easy to study climate change on yield of sunflower. Keywords : crop coefficient, deficit irrigation, DSSAT, soil water balance, sunflower crop model

در شرایط کمبود منابع آب استفاده از راهکارهایی برای بهره وری بهینه از منابع آب و رسیدن به عملکرد اقتصادی ضروری است. برای رسیدن به بالاترین کارایی مصرف آب و عملکرد محصول لازم است بهترین استراتژی مدیریتی آب و کود نیتروژن در شرایط بحران آب بررسی شود. اجرای طرح های پژوهشی مزرعه ای اگرچه دقیق ترین روش محسوب می شوند اما زمان بر و هزینه بر هستند و داده های حاصل از آن ها قابل انتقال به نقاط دیگر نیست. hy; از این رو مدل های گیاهی با کارایی آسان تر و سریع تر برای استفاده بهینه و دقیق از منابع آب و کود در دسترس، مورد استفاده قرار می گیرند. در این راستا تحقیقی با هدف واسنجی و ارزیابی مدل OILCROP-SUN برای رقم یوروفلور گیاه آفتابگردان و بررسی کارایی مدل مذکور تحت سطوح مختلف آبیاری و کود نیتروژنی انجام شد. بدین منظور در سال 1390 پژوهشی با استفاده از طرح آماری کرت های نواری در قالب بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار در مزرعه آموزشی لورک دانشگاه صنعتی اصفهان اجرا گردید. فاکتور اول طرح آزمایشی چهار سطح آبیاری شامل دو سطح کم آبیاری (SMD 6/0W1=و SMD 8/0W2=) و یک سطح آبیاری کامل (SMD1W3=) و یک سطح بیش آبیاری (SMD2/1W4=) بود (SMD کمبود رطوبت خاک تا حد رطوبت گنجایش زراعی می باشد). سه سطح کودی صفر) (N0، 50 (N50) و100 (N100) کیلوگرم نیتروژن خالص در هکتار به عنوان فاکتور دوم لحاظ گردید. در این طرح دو هیبرید آفتابگردان، یوروفلور و سیرنا کاشت شدند. برای تعیین زمان و مقدار آبیاری، رطوبت خاک با استفاده از دستگاه رطوبت سنج PR2 در شش لایه خاک در سطح کودی N50 در 12 پلات آزمایشی (4 سطح آبیاری در 3 تکرار) به صورت روزانه پایش شد. طی دوره رشد در چهار مرحله نمونه های گیاهی جهت تعیین وزن زیتوده، وزن خشک طبق، ساقه و برگ تهیه شدند. همچنین در چهار مرحله طی دوره رشد پارامترهای قطر ساقه، قطر طبق، ارتفاع گیاه و تعداد برگ نیز اندازه گیری شدند. پارامترهای برداشت محصول شامل تعداد دانه در طبق، وزن هزار دانه، عملکرد دانه، درصد روغن دانه و درصد نیتروژن دانه بودند. با استفاده از داده های مزرعه ای جمع آوری شده مدل گیاهی OILCROP-SUN واسنجی و برای سطوح مختلف آب و کود نیتروژنی ارزیابی گردید. نتایج حاصل از پژوهش نشان داد که متوسط ضریب گیاهی واریته های یوروفلور و سیرنا با دوره رشد 95 روزه برای اقلیم خشک اصفهان، بر اساس بیلان آب خاک در مرحله توسعه برابر 75/0 و 72/0، در مرحله میانی برابر 18/1 و 15/1 و در مرحله نهایی برابر 90/0 و 84/0 بود. اثر سطوح مختلف آبیاری بر ارتفاع نهایی بوته، قطر ساقه، قطر طبق، وزن ساقه، وزن برگ، وزن طبق، زیتوده کل، شاخص وزن طبق، دانه و روغن تولید شده در واحد سطح، وزن هزار دانه و کارایی مصرف آب آبیاری (IWUE) بر اساس دانه و روغن برای واریته یوروفلور معنی دار بود. اثر سطوح مختلف کود نیتروژن بر ارتفاع نهایی گیاه، وزن طبق، زیتوده کل، وزن برگ، شاخص وزن طبق، درصد روغن و وزن هزار دانه هیبرید یوروفلور معنی دار بود. سطح بهینه ی آب کاربردی طی فصل رشد، سطح آبی W3 بود که در این سطح بیشترین مقدار IWUE حاصل شد. بیشترین مقدار تولید دانه در تیمار W4N100 حاصل شد. در سطوح کم آبیاری افزایش مصرف کود نیتروژن بر دانه و روغن تولیدی اثری منفی داشت. ضرایب ژنتیکی حاصل از واسنجی مدل OILCROP-SUN برای واریته یوروفلور P1= 278، P2= 5، P5= 693، G2= 1000، G3= 1.02 وO1= 60 بدست آمد. نتایج حاصل از واسنجی حاکی از دقت قابل قبول این فرآیند بود. مدل توانست زمان های فنولوژی گیاه آفتابگردان نظیر زمان گلدهی و زمان رسیدگی فیزیولوژیک را دقیقاً پیش بینی کند. بیشترین درصد تفاوت میان مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده در تیمار W3N50 برابر 1/13 درصد برای نیتروژن دانه و در تیمار W4N50 برابر 2/17 درصد برای وزن تک دانه گیاه بود. نتایج ارزیابی نشان داد عملکرد دانه برای 12 تیمار آزمایشی با مقدار شاخص NRMSE برابر 5/18 درصد و شاخص d برابر با 92/0 بسیار خوب شبیه سازی شد. از مقایسه مقادیر شبیه سازی شده توسط مدل در تیمارهای مختلف آب و کود نیتروژن مشاهده می شود که مقدار d برای نیتروژن دانه برابر 93/0، و برای روغن تولید شده در هکتار 91/0 می باشد و مقدار NRMSE به ترتیب برابر 20 و 22 درصد می باشد. این نتایج دلالت بر امکان استفاده از مدل برای پیش بینی مقدار نیتروژن و روغن دانه تحت شرایط مدیریت های مختلف آب کاربردی و نیتروژن دارد. در تحقیق حاضر با توسعه مدل های ضریب گیاهی بر پایه روز پس از کاشت و مقدار انرژی دریافتی در راستای توسعه روش های آبیاری تحت فشار امکان افزایش دقت مدیریت آبیاری در مزرعه میسر شد. اثر متقابل سطوح مختلف آب و کود نیتروژنی بررسی و بهترین سطح آب و کود نیتروژن متناظر برای آفتابگردان شناسایی شد. همچنین با واسنجی و ارزیابی مدل گیاهیOILCROP-SUN بستر لازم برای بررسی استراتژی های مختلف آب و کود نیتروژنی روی گیاه آفتابگردان فراهم شد تا بتوان بهترین راهکار مدیریتی را در شرایط بحران آب برای تولید بیشترین محصول تعیین کرد. از طرفی با صحت سنجی و معتبرسازی مدل مذکور در این پژوهش راه برای بررسی اثر تغییرات اقلیم روی عملکرد گیاه آفتابگردان هموار شده است. کلمات کلیدی: بسته نرم افزاری DSSAT، بیلان آب خاک، ضریب گیاهی، کم آبیاری، مدل گیاهی آفتابگردان