SUPERVISOR
مهدی قیصری (استاد راهنما) سیدسعید اسلامیان (استاد مشاور) منیره بیابانکی (استاد مشاور)
STUDENT
Anis Esmaeili
انیس اسمعیلی خوراسگانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Using DSSAT Models in Order to Provide the Best Irrigation and Nitrogen Fertilizer Management Strategies for Maize and Wheat in Present and Future
Due to water scarcity in Iran, optimal utilization of the existence soil and water resources for agricultural production in the country is necessary. Field studies to investigate the effect of different management strategies on crop production are expensive and time-consuming, the crop models has been used to simulate the crop’s growth in different management conditions. The aim of this study was to determine the best scenario for water and nitrogen fertilizer management for wheat and maize production in two soil texture: clay and clay loam and two periods of time: present time (1379-1393) and future time (1394-1408). The CERES-Maize and CERES-Wheat models were used for simulation crop production. Scenarios of maize were four irrigation management: surface, sprinkler, drip-tape, and automatic irrigation, five levels of fertilizer: 0, 100, 200, 300, and 400 kg N ha -1 , two soil texture, and two periods of time. Scenarios of wheat were five irrigation management: rainfed, surface, sprinkler, drip-tape, and automatic irrigation, five levels of fertilizer contains: 0, 100, 150, 180, and 250 kg N ha -1 , two soil texture, and two periods of time. To determine the best irrigation and fertilizer management, principal component loadings as used for statistical analysis. Evaluation indexes include yield, nitrate leaching from the root zone, nitrogen uptake by plant, water use efficiency, irrigation water use efficiency, nitrogen use efficiency, and the amount of irrigation water. The results showed that the amount of dry matter per 1 mm evapotrairation in surface, sprinkler and drip-tape irrigation for maize were 20, 20.9, and 24.3 and for wheat were 9.97, 10.32 and 10.31 kg per ha, respectively. Result of the principal component loadings indicated that yield and nitrate leaching were important indexes, thus the scenarios that have the high yield and the low nitrate leaching were selected as the suitable managements. According to the management of present time for maize, the maximum yield (14 tonha -1 ) and minimum nitrate leaching (1.4 kg N ha -1 ) were occurred in clay loam soil, automatic and drip-tape irrigation, with 200 kg N ha -1 , and the maximum yield (4.5 ton per hectare) and the minimum nitrate leaching (47 kg N ha -1 ) were for wheat in clay soil, automatic and drip-tape irrigation management with 150 kg N ha -1 . The evaluation of results in future period showed that the average air temperature will increase 0.63 degrees Celsius for maize in growing season and the average air temperature will reduce 0.7 degrees Celsius in wheat growing season. So we can conclude that if current management is applied in future period, the yield of maize will be reduced 732, 1080, and 466 kg ha -1 in clay soil, and will be 109, 72 and 145 kg ha -1 in clay loam soil, for drip-tape, sprinkler, and surface irrigation management, respectively. The yield of wheat will be reduced 1081, 1000 and 1107 kg ha -1 in clay soil and will be 930, 811 and 656 in clay loam soil, for drip- tape, sprinkler and surface irrigation, respectively. So for keeping current yield, it is necessary using precision irrigation management and applying irrigation scheduling based on on-time meteorological data. Key words : Drip-tape Irrigation, Sprinkler Irrigation, Surface Irrigation, Nitrate Leaching, Irrigation Management
با توجه به کمبود منابع آب در ایران، بهره برداری بهینه از منابع آب و خاک موجود برای تولید محصولات کشاورزی در سطح کشور ضروری است. مطالعات مزرعه ای برای بررسی تأثیر راهکارهای مختلف مدیریتی بر تولید محصولات زراعی یک روش هزینه hy;بر و وقت گیر است، از مدل های گیاهی جهت شبیه سازی رشد گیاهان در شرایط مختلف مدیریتی استفاده می شود. هدف از این مطالعه تعیین بهترین سناریو مدیریتی آب و کود نیتروژن برای تولید گندم و ذرت در دو بافت خاک رسی و لوم رسی در دو دوره زمانی حال (1393-1379) و آینده (1408-1394) بود. مدل های CERES-Maize و CERES-Wheat برای شبیه سازی تولید محصول استفاده شدند. سناریو های مورد بررسی ذرت از ترکیب چهار مدیریت آبیاری شامل آبیاری سطحی، آبیاری بارانی، آبیاری قطره ای-نواری و آبیاری اتوماتیک و پنج سطح کود نیتروژن شامل 0، 100، 200، 300 و 400 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و دو بافت خاک و دو دوره زمانی ایجاد شد. سناریو های مورد بررسی گندم از ترکیب پنج مدیریت آبیاری شامل کشت دیم، آبیاری سطحی، آبیاری بارانی، آبیاری قطره ای-نواری و آبیاری اتوماتیک و پنج سطح کود نیتروژن شامل 0، 100، 150، 180 و 250 کیلوگرم نیتروژن در هکتار و دو بافت خاک و دو دوره زمانی ایجاد شد. برای تعیین بهترین مدیریت آبیاری و کوددهی، از روش تجزیه مؤلفه های اصلی استفاده شد. شاخص های ارزیابی شامل عملکرد، آبشویی نیترات از منطقه ریشه، برداشت نیتروژن توسط گیاه، کارایی مصرف آب، کارایی مصرف آب آبیاری، کارایی مصرف نیتروژن و مقدار آب آبیاری بودند. نتایج نشان داد مقدار ماده خشک تولیدی به ازاء یک میلی متر تبخیر-تعرق در سیستم آبیاری سطحی، بارانی و قطره ای-نواری برای گیاه ذرت به ترتیب 97/19، 94/20 و 24/24 و برای گندم به ترتیب 97/9، 36/10 و 36/10 کیلوگرم در هکتار بود. بنابراین استفاده از سیستم های آبیاری قطره ای-نواری موجب صرفه جویی در آب در مقیاس مزرعه و حوضه آبریز می شود، به طوری که به ازاء یک مقدار مشخص آب که در فرایند تبخیر-تعرق مصرف می گردد در سیستم آبیاری قطره ای مقدار محصول بیش تری تولید می شود. نتایج تجزیه مؤلفه های اصلی نشان داد که شاخص عملکرد و آبشویی نیترات مهم ترین شاخص های مورد بررسی بود، بنابراین سناریوهایی که عملکرد بالا و آلودگی نیتراتی کم داشتند به عنوان مدیریت های مناسب انتخاب شدند. بر اساس داده های دوره زمانی حال برای ذرت در بافت لوم رسی مدیریت آبیاری قطره ای-نواری و اتوماتیک در سطح کود 200 کیلوگرم نیتروژن در هکتار دارای بیش ترین عملکرد (14 تن در هکتار) و کم ترین آبشویی نیترات (4/1 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) و برای گندم در بافت رسی، مدیریت آبیاری قطره ای-نواری و اتوماتیک در سطح کود 150 کیلوگرم نیتروژن در هکتار دارای بیش ترین عملکرد (5/4 تن در هکتار) و کم ترین آبشویی نیترات (47 کیلوگرم نیتروژن در هکتار) بود. بررسی نتایج در دوره زمانی آینده نشان داد که به طور متوسط دمای هوا در فصل زراعی ذرت 63/0 درجه سانتی گراد افزایش و در فصل زراعی گندم 7/0 درجه سانتی گراد کاهش خواهد یافت. بنابراین می توان نتیجه گرفت که اگر مدیریت فعلی در دوره آینده اعمال شود، در مدیریت آبیاری قطره ای-نواری، بارانی و سطحی عملکرد ذرت در بافت رسی به ترتیب 732، 1080 و 466 کیلوگرم در هکتار و در بافت لوم رسی به ترتیب 109، 72 و 145 کیلوگرم در هکتار کاهش خواهد یافت. از طرفی عملکرد گندم در مدیریت آبیاری قطره ای-نواری، بارانی و سطحی در بافت رسی به ترتیب 1081، 1000 و 1107 کیلوگرم در هکتار و در بافت لوم رسی به ترتیب 930، 811 و 656 کیلوگرم در هکتار کاهش خواهد یافت. بنابراین ضرورت دارد برای حفظ عملکرد فعلی، در آینده مدیریت آبیاری دقیق و برنامه ریزی آبیاری بر اساس داده های هواشناسی به هنگام انجام شود. واژه های کلیدی: آبیاری قطره ای-نواری، آبیاری بارانی، آبیاری سطحی، آبشویی نیترات، مدیریت آبیاری.