بخشی از مقاله
چکیده
جهت کاهش اثرات منفی تغییر اقلیم و تامین امنیت غذایی در آینده، اتخاذ راهکارهای سازگاری با تغییر اقلیم ضروری میباشد. این پژوهش با هدف شبیهسازی اثرات تغییر اقلیم بر عملکرد، نیاز آبی و بهرهوری مصرف آب برنج در آینده و بررسی امکان کاهش اثرات منفی این پدیده از طریق تغییر تقویم کشت بهعنوان یک راهکار مدیریتی در شهرستان ساری انجام شد.
پارامترهای اقلیمی دوره میانی قرن بیست و یک 2041 - ؛ - 2070 تحت دو سناریوی RCP2.6 و RCP8.5 با استفاده از مدل SDSM شبیهسازی شد. عملکرد برنج در این دوره با استفاده از مدل گیاهی AquaCrop پیشبینی شد. بررسیها نشان داد که کاشت برنج در تاریخ 20 تیر تحت هر دو سناریو باعث افزایش عملکرد نسبت به سایر تاریخهای کشت در شرایط تغییر اقلیم خواهد شد. بنابراین، مدیریت مناسب تاریخ کاشت برای کاهش اثرات منفی تغییر اقلیم بر عملکرد برنج ضروری میباشد.
.1 مقدمه
ایران یکی از کشورهای کمآب کره زمین محسوب میشود. میانگین سالانه بارندگی کشور کمتر از 250 میلیمتر بوده در حالی که مقدار جهانی آن 860 میلیمتر است - پناهی و همکاران، . - 1394 محدودیت منابع آبی از یک سو و بروز خشکسالیهای پی در پی از سوی دیگر، باعث ایجاد مشکلات جدی در زمینه استحصال و استفاده از منابع آبی شده است.
برنج غذای اصلی نیمی از مردم جهان میباشد و پس از گندم دارای بیشترین سطح زیر کشت در جهان است - جواهردشتی و اصفهانی، . - 1381 تقریبا 75 درصد برنج جهان در شالیزارهای فاریاب تولید میشود - کارملیتا 1و همکاران، . - 2011 در ایران، استان مازندران با دارا بودن 38/5 درصد از سطح برداشت اراضی زیر کشت برنج، مقام نخست کشور را در تولید این محصول داشته و حدود 41/7 درصد از کلِ برنج تولیدی در کشور را تامین میکند - وزارت جهاد کشاورزی، . - 1395 بنابراین، با توجه به راندمان پایین آبیاری و بهرهوری کم تولید در شالیزارها، هر راهکاری که باعث افزایش تولید و کاهش آب مصرفی در این اراضی شود، افزایش سطح امنیت غذایی را در
پی خواهد داشت.
تغییر اقلیم یک پدیده جهانی است که با افزایش دما و کاهش بارش در آینده بر منابع آبی تاثیر میگذارد. با توجه به کاهش منابع آب، تغییرات اقلیمی و کاهش سهم بخش کشاورزی از آب موجود به علت رشد صنعت و جمعیت شهری، بهبود بهرهوری مصرف آب - WUE - به ازای هر واحد آب مصرفی بسیار با اهمیت است. با توجه به این موضوع که اثرات کمبود آب بر اساس شدت، مدت و زمان کاربرد متفاوت است، بنابراین شبیهسازی واکنش محصول به کمبود آب سخت و پیچیده است
AquaCrop یک مدل گیاهی است که میتواند برای محدوده وسیعی از محصولات زراعی استفاده گردد. میرراشد و همکاران - 1392 - ، عملکرد دانه برنج را در 4 سطح مختلف تیمار آبیاری و مقادیر مختلف نیتروژن، توسط مدل AquaCrop شبیهسازی کردند. نتایج حاصل از تحقیق نشان داد که مدل AquaCrop از دقت مناسبی در تخمین عملکرد دانه برنج برخوردار است، بهطوریکه RMSEn عملکرد دانه 9 درصد بود.
در تحقیقی دیگر مشخص شد که این مدل کارایی مناسبی در شبیهسازی فرآیند رشد و تاثیر زهکشی سطحی و زیرزمینی بر عملکرد برنج دارد و میتواند جهت بهبود مدیریت آبیاری و زهکشی در اراضی شالیزاری استفاده گردد - ذبیحی و همکاران، . - 1394 با این وجود، تحلیل راهکارهای سازگاری با تغییراقلیم در اراضی تحت کشت برنج با هدف کاهش مخاطرات منفی آن، کمتر در پژوهشهای پیشین مورد توجه قرار گرفته است. به همین منظور، در این پژوهش امکان ارتقای بهرهوری آب و محصول در طول فصل رشد برنج در استان مازندران مورد بررسی قرار گرفت . در این راستا، اثرسناریوهایِ آبیاری و زهکشی متناوب و تغییر تقویم کشت در سطح مزرعه بر سطح سازگاری با تغییراقلیم و کاهش پیامدهای منفی آن تحلیل شد.
.2 مواد و روشها
منطقه مورد مطالعه در این پژوهش حدود یک هکتار از اراضی شالیزاری تجهیز و نوسازی شده دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی شهرستان ساری با ارتفاع - 15 متر از سطح دریا میباشد. بافت غالب خاک این اراضی رس-سیلتی و دارای میانگین بارش 616 میلی-متر و میانگین دمای 17/3 درجه سانتیگراد میباشد
برای تولید دادههای هواشناسی در دوره آینده از سناریوهای گزارش پنجم IPCC شامل RCP2.6 و RCP8.5 استفاده گردید. داده-های هواشناسی مربوط به دوره پایه از ایستگاه هواشناسی قراخیل تهیه و با استفاده از روش تناسبی ریزمقیاس گردیدند.
جهت شبیهسازی عملکرد برنج تحت شرایط تغییر اقلیم از مدل گیاهی AquaCrop استفاده شد. این مدل یکی از کاراترین و جدیدترین مدلهای گیاهی است که توسط سازمان خوار و بار جهانی - 1FAO - ارایه شد. مدل AquaCrop را میتوان برای ارزیابی تنش آبی و میزان محصول، ارزیابی محصول کشت دیم در طولانی مدت، برنامهریزی کمآبیاری و آبیاری تکمیلی و غیره به کار برد
برای محاسبه تولید روزانه زیستتوده از پارامتر بهرهوری آب نرمالیزه شده استفاده میشود که پارامتری ثابت برای آب و هوا و گیاه معین، در نظر گرفته میشود تا مدل قادر به شبیهسازی در مکانها، فصول مختلف و همچنین برای سناریوهای تغییراقلیم باشد. دادههای اقلیمی شبیهسازی شده آینده با روش تناسبی و مقادیر محاسبه شده تبخیر-تعرق بهعنوان دادههای ورودی مدل AquaCrop استفاده شد. از دادههای مزرعهای سال 1393 و 1394 بهترتیب برای واسنجی و صحتسنجی مدل تحت مدیریت آبیاری و زهکشی متناوب استفاده گردید که این دادهها شامل شاخص سطح برگ، وزن خشک - روند تغییراتشان در طول فصل کشت اندازهگیری شده است - و عملکرد دانه - در زمان برداشت اندازهگیری شده است - میباشد.
پارامترهای مربوط به مراحل فنولوژیکی برنج در جدول 1 و پارامترهای واسنجی شده مدل AquaCrop برای این محصول تحت مدیریت آبیاری و زهکشی متناوب در جدول 2 ارایه شد.
جدول-1 مقادیر مزرعهای اندازهگیری شده برای واسنجی و اعتبارسنجی مدل AquaCrop
زمان کاشت و برداشت دو تاریخ مهم و موثر بر میزان نیاز آبی گیاه میباشند. از آنجاییکه این دو پارامتر به دما وابسته میباشند، در نتیجه تغییرات اقلیمی احتمال تغییر آنها وجود دارد. بر اساس محدوده دمایی مناسب کشت برنج، بازه زمانی مشترک برای کاشت در دوره پایه و در دورهی میانی قرن 21 ام - 2070-2041 - تحت سناریوهای تغییرِ اقلیمِ منتخب تعیین گردید. سپس، تاریخهای کاشت به صورت تاریخ کشت فعلی و کشت دیر هنگام در نظر گرفته و شبیهسازی توسط مدل انجام شد.
جدول-2 مقادیر پارامترهای واسنجی شده مدل AquaCrop برای برنج
برای ارزیابی قابلیت اعتماد مدل از شاخص ریشه میانگین مربعات خطا - RMSE - استفاده شد که معادله آن به صورت زیر است:
که در این معادله Oi نماد دادههای اندازهگیری شده، Pi نشاندهنده دادههای شبیهسازی توسط مدل و n بیانگر تعداد دادهها میباشد.
.3 نتایج و بحث
نتایج مرحله واسنجی و صحتسنجی در جدول 3 ارایه شد. نتایج نشان میدهد که مقدار RMSE عملکرد دانه در شرایط واسنجی و صحتسنجی بهترتیب 0/62 و 0/17 تن در هکتار است. میرراشد و همکاران - 1392 - پس از ارزیابی مدل AquaCrop در شبیهسازی عملکرد دانه برنج نتیجه گرفتند که این مدل با 0/35 RMSE و 0/65 تن در هکتار به ترتیب در شرایط واسنجی و صحتسنجی عملکرد مناسبی در شبیهسازی عملکرد دانه داشت. با توجه به نتایج ارایه شده در جدول 3 و نتایج میرراشد و همکاران - 1392 - ، مشخص میگردد که مدل AquaCrop توانسته عملکرد دانه را با دقت مناسبی شبیهسازی کند.
جدول-3 شاخص آماری ارزیابی مدل AquaCrop و مقادیر اندازهگیری شده و شبیهسازی شده عملکرد دانه
در جدول 4 مقادیر عملکرد، بیوماس، دوره کشت، نیاز آبی و بهرهوری مصرف آب برنج تحت سناریوهای تغییر اقلیم در تاریخهای کشت مختلف نشان داده شد. عملکرد دانه و بیوماس در شرایط فعلی - واسنجی - بهترتیب برابر با 4/42 و 9/87 تن بر هکتار بود. مقادیر پیشبینی شده این دو پارامتر تحت سناریوی RCP2.6 برای تاریخ کشت 21 اردیبهشت بهترتیب 5/23 و 11/64 و برای تاریخ کشت 20 تیر بهترتیب برابر با 5/26 و 11/7 تن در هکتار بود. همچنین مقادیر ذکر شده تحت سناریو RCP8.5 بهترتیب 4/98 و 11/08 برای هر دو تاریخ کشت 21 اردیبهشت و 20 تیر بود. با توجه به این مقادیر مشخص میگردد که عملکرد دانه و بیوماس برنج در اقلیم آینده تحت هر دو سناریو برای دوره میانی 2041 - ؛ - 2070 افزایش مییابد.
