بخشی از مقاله
چکیده
مدل کامپیوتری CERES-Maize در نرمافزارDSSAT تولید گیاه را در یک مکان با در نظر گرفتن داده های هواشناسی، ژنتیک، آب، کربن و نیتروژن خاک و فعالیت های مدیریتی طی یک یا چند فصل شبیه سازی می کند. در این مطالعه کارایی مدل شبیه سازی رشد گیاه CERES-Maize در پیش بینی عملکرد دانه، بیوماس کل، وزن خشک ساقه و خشک بلال ذرت تحت مدیریت های مختلف آب آبیاری و نیتروژن ارزیابی شد. این آزمایش بهصورت کرتهای خردشده در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی در چهار تکرار در سال زراعی 1391 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج اجرا شد.
کرت های اصلی شامل 3 سطح تخلیه رطوبتی خاک 70:I3 درصد تخلیه رطوبتی، 100:I2 درصد تخلیه رطوبتی و 120 :I3 درصد تخلیه رطوبتی و کرتهای فرعی شامل 4 سطح کود نیتروژن خالص, 300,N4:400 ,N1:100,N2: 200N3: کیلوگرم در هکتار بود. نتایج حاصله از شبیهسازی با استفاده از مجذور میانگین مربعات خطا - RMSE - شاخص توافق ویلموت - d - مورد ارزیابی قرار گرفت که مدل در شبیه سازی صفات وزن ماده خشک ساقه، وزن خشک بلال و بیوماس کل به واسطه شاخص توافق ویلموت بالاتر از حد مطلوب - 0/6 - موفق بود. میزان ریشه میانگین مربعات خطا برای صفت بیوماس کل در محدوده 1488-3953 کیلوگرم برهکتار بدست آمد.
دامنه تغییرات ریشه میانگین مربعات خطا برای صفت وزن خشک ساقه، 218-834 کیلوگرم بر هکتار و برای وزن خشک بلال در محدوده 1322-1923 کیلوگرم بر هکتار بدست آمد. مدل در شبیه سازی عملکرد دانه به ترتیب برای سطوح آبیاری پس از 70، 100 و 120 میلیمتر تبخیر با میزان ریشه مربعات خطا 742، 304، 480 برای تمامی تیمارها از توانایی بالایی برخوردار بود. لذا میتوان بعد از واسنجی و بررسی صحت کارکرد مدل، از مدل برای اهداف پژوهشی و برنامه ریزی های مدیریتی در شرایط اقلیمی کرج استفاده نمود.
مقدمه
کاربرد مدلهای کامپیوتری در کشاورزی با سرعت زیادی در حال گسترش است. مدلهای رشد گیاهی ابزاری مفید جهت فهم بهتر نحوه تغییرات عملکرد تولید بر اساس تغییرات نهادها و عوامل محیطی می باشند.[3] در علوم زراعی مدل های شبیه سازی گیاهان زراعی دانش انسان درباره ی جنبه های مختلف علمی شامل هواشناسی کشاورزی، فیزیک خاک، شیمی خاک، فیزیولوژی گیاهان زراعی، اصلاح گیاهان و زراعت را به وسیله روابط ریاضی برای پیش بینی رشد، نمو و عملکرد گیاهان زراعی امکان پذیر ساخته است، از این رو مدل های شبیه سازی گیاهان زراعی به عنوان ابزار اصلی انتقال علوم زراعی به عصر اطلاعات شناخته می شوند.
با استفاده از مدل ها به سهولت می توان نتایج آزمایش های انجام شده در یک منطقه و یک دوره زمانی مشخص را به مناطق و زمانهای دیگر تعمیم داد، لذا جایگزین مناسب و ارزان قیمتی برای این نوع آزمایش ها هستند.[2] در این راستا شبیه سازی مراحل رشد گیاه و در نتیجه پیش بینی عملکرد محصول، منجر به برنامه ریزی بهتر و مدیریت کارآتر در روند تولید محصول خواهد شد. از انواع این مدل ها میتوان مدل CERES-Maize را نام برد.[4] این مدل رشد ذرت را به صورت روزانه در واکنش به آب و هوا، خاک، شرایط محیطی، میزان کود، استراتژی های مدیریت مزرعه و همچنین توسعه فنولوژیکی، تجمع و تسهیم زیست توده کل و در نهایت عملکرد شبیه سازی می کند
همچنین، این مدل برای مطالعات پیش بینی عملکرد، مدیریت آب و نیتروژن به طور وسیعی در دنیا مورد استفاده قرار گرفته است و نتایج حاکی از دقت خوب مدل در پیش بینی عملکرد تحت سناریوهای مختلف محیطی و مدیریتی می باشدDSSAT .[7] مجموعه ای از برنامه های مستقل است که به صورت هماهنگ عمل می کنند و شامل مدل های شبیه سازی گیاهی که در مرکز مدل قرار دارند و CERES-Maize یکی از این مدل های شبیه سازی قطعی است و برای دقت شبیه سازی ذرت در مراحل رشد، توسعه و محصول دهی مراحل توسعه فنولوژیکی، توسعه سطح برگ، زیست توده کل، بیلان آب خاک و نیتروژن خاک و تقسیم بندی آن در اندامهای گیاهی را در نظر می گیرد.
هدف از این مطالعه، شبیه سازی رشد ذرت تحت مدیریت های مختلف آب و نیتروژن با مدل CERES-Maize طی فصل رشد آن است. با توجه به اهمیت نیتروژن در رشد ذرت و همچنین اندرکنش آن با مقدار آب آبیاری، آزمایش مزرعه ای برای بررسی مدیریت های مختلف آب آبیاری و نیتروژن بر عملکرد ذرت انجام شد.
مواد و روش ها
آزمایشی در خرداد ماه 1391 در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه آزاد اسلامی واحد کرج واقع در کیلومتر 10 جاده ماهدشت با عرض جغرافیایی 35 درجه و 43 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 50 درجه و 49 دقیقه شرقی و با ارتفاع 1174/08 متر بالاتر از سطح دریا، اجرا شد. خاک منطقه دارای بافت لومی رسی است.
آزمایش بهصورت اسپلیت پلات در قالب طرح پایه بلوکهای کامل تصادفی با چهار تکرار انجام شد. فاکتورهای این آزمایش عبارتاند از: مقادیر مختلف آب در سه سطح آبیاری پس از 120،100،70 میلیمتر تبخیر از تشتک تبخیر کلاس A بهعنوان فاکتور اصلی و کاربرد مقادیر مختلف کود نیتروژن در چهار سطح شامل: مقدار 400-300-200-100 کیلوگرم در هکتار نیتروژن خالص بهعنوان فاکتور فرعی که بر روی ذرت رقم - سینگل کراس - 704 مورد بررسی قرار گرفت. اعمال سطوح مختلف کودی، کود نیتروژن در سه مرحله برای هر کدام از سطوح، به تیمارهای مربوطه اضافه شد که مقدار نیتروژن خالص اضافه شده به تفکیک سطوح و تاریخ های اعمال آن برحسب کیلوگرم بر هکتار در جدول زیر ارائه شده است
جدول-:1 اطلاعات مربوط به زمان و مقادیر نیتروژن خالص اضافه شده به هر یک از سطوح کودی سطوح نیتروژن
آبیاری به روش جوی و پشته انجام شد و اولین آبیاری بلافاصله پس از کاشت صورت گرفت. مقدار آب ورودی در هر نوبت با توجه به دبی آب محاسبه و در بخش مدیریت آبیاری نرمافزار وارد شد که مجموع آبیاری برای سه سطح در جدول زیر ارائه شده است
جدول-:2 مقدار آبیاری و آب ورودی به سطوح مختلف آبیاری
کرتها به طول 4 متر و عرض 3/5 متر و دارای 6 خط کاشت بود و فاصله بوتهها از یکدیگر 20 سانتیمتر در نظر گرفته شد. ضرایب ژنتیکی ذرت بین مقادیر اندازه گیری شده و شبیه سازی شده شامل:
:P1 مقدار درجه روز رشد GDD، از مرحله جوانهزنی تا انتهای مرحله جوانی - در این مدت گیاه به تغییرات طول روز حساس نیست - برحسب درجه سانتیگراد.
:P2 بیان کننده اثر مدت روشنایی، میزان تأخیر در رشد ذرت در صورت عدم تأمین طول روز مطلوب که با قرار گرفتن گیاه در فتوپریودی با یک ساعت تأخیر از فتو پریود مطلوب اتفاق میافتد.
:P5 مقدار درجه روز از زمان ابریشمی شدن تا رسیدن فیزیولوژیک برحسب درجه سانتیگراد.
:G2 حداکثر تعداد دانه در هر گیاه که برحسب تعداد دانه در گیاه بیان میشود.
:G3 سرعت رشد دانه در مرحله پر شدن دانه، در شرایط بهینه رشد را بیان کرده که برحسب mg/day میباشد.
:PHINT مقدار درجه روز موردنیاز برای ظاهر شدن یک برگ جدید یا به عبارتی زمان گرمایی لازم بین ظاهر شدن دو برگ متوالی برحسب درجه سانتیگراد.
برای افزایش دقت شبیهسازی ارقام در صفات اندازهگیری شده بایستی تمامی صفات ذکر شده با دقت بسیار بالایی اندازه شود تا در صورت متفاوت بودن هر شاخص در رقم خاص بتوان آن شاخص را تغییر داد تا بر دقت شبیهسازی افزوده شود
نتایج شبیه سازی با استفاده از معیار های آماری زیر مورد ارزیابی قرار گرفت: الف- ریشه میانگین مربعات خطا - : - RMSE که در این روابط، =Pi مقدار شبیهسازی شده، =Qi مقدار اندازهگیری شده، =N تعداد اندازهگیری واقعی میباشد.
