Simulation of Wild oat (Avena ludoviciana L.) Competition on Winter Wheat (Triticum astivum) Growth and Yield. I: Model Description and Validation

پژوهشهای زراعی ایران

Article 2, Volume 13, Issue 2 - Serial Number 38, July 2015, Pages 218-231   

Document Type: Research Article

DOI: 10.22067/gsc.v13i2.49667

Authors

F Mondani^{* 1}; M Nasiri mahalati²; A Koocheki²; M Hajiyan Shahri³

¹Razi University

²Ferdowsi University of Mashhad

³Agricultural and Natural Resources Center of Khorasan Razavi

Abstract

Crop growth models could stimulate growth and development based on science principles and mathematical equations. They also able to evaluate effects of climate, soil, water and agronomic management practices on crop yield. In the present study, an eco-physiological simulation model developed to assess wild oat damage to winter wheat growth and yield. The general structure of this model is derived from LINTUL1 model which modified to wild oat competition against winter wheat. LINTUL1 model was developed for simulation of spring wheat potential production level. In this study, first, we added development stage (DVS) and vernalization to LINTUL1 for simulation of winter wheat growth and development and then the model calibrated for potential production level. Finally, we incorporate harmful effects of wild oat to winter wheat growth and yield. Weather data used as input were average daily minimum and maximum temperature (°C) and daily global radiation (MJ m-2) in Mashhad, Iran. Parameter values were derived from the literature. The model is written in Fortran Simulation Translator (FST) programming language and then validated based on an experiment data. For these purposes different wild oat plant densities were arranged. The data of this experiment does not use for calibration. The results showed that this model was in general able to simulate the temporal changes in DVS of winter wheat and wild oat, total dry matter (TDM) of winter wheat and wild oat and yield loss of wheat due to wild oat competition in all treatments, satisfactorily. Root mean square error (RMSE) for winter wheat DVS, wild oat DVS, average winter wheat TDM, average wild oat TDM, and yield loss of winter wheat was 10.4, 14.5, 5.8, 7.6 and 7.5, respectively.

Keywords

Crop growth model; Development stage; Weed competition modeling; Yield loss

References

1- ابراهیم پور نورآبادی، ف.، ا. آینه‌بند، ق. نورمحمدی، ح. موسوی نیا، و م. مسگرباشی. 1385. بررسی برخی ویژگی‌های اکوفیزیولوژیک گندم در رقابت با یولاف وحشی. مجله پژوهش و سازندگی 73: 125-117.

2- احمدوند، گ.، ع. کوچکی، م. نصیری محلاتی، و ح. رحیمیان مشهدی. 1381. بررسی ساختار کانوپی و کارایی جذب و مصرف نور و نیتروژن در رقابت درون و برون گونه‌ای گندم و یولاف وحشی. پایان نامه دکترای زراعت گرایش فیزیولوژی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد. 121 ص.

3- باغستانی میبدی، م، و ا. زند. 1384. بررسی ویژگی‌های مورفولوژیک و فیزیولوژیک موثر در رقابت گندم زمستانه (Triticum aestivum) در مقابل یولاف وحشی (Avena ludoviciana L.). مجله پژوهش و سازندگی 68: 56-41.

4- بهرامی، ن.، غ. رجبی، م. رضابیگی، و ک. کمالی. 1381. بررسی سطح زیان اقتصادی سن گندم در مزارع گندم استان کرمانشاه. مجلة آفات و بیماری های گیاهی 70: 44-29.

5- پرچمی، پ، و پ. بهداروند. 1388. رقابت تراکم های مختلف یولاف وحشی با گندم بهاره در مقادیر مختلف نیتروژن. فصلنامه علمی تخصصی فیزیولوژی گیاهان زراعی- دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز 1: 88-81.

6- جعفرنژاد، ح، و ح. رحیمیان مشهدی. 1382. مطالعه رقابت بین ارقام گندم با یولاف وحشی و منداب. فصلنامه علوم کشاورزی و منابع طبیعی 10: 54-39.

7- حسن زاده دلویی، م.، ح. رحیمیان مشهدی، م. نصیری محلاتی، و ق. نور محمدی. 1381. بررسی رقابت یولاف وحشی (Avena ludoviciana L.) با گندم زمستانه (Triticum aestivum) در تراکم های مختلف. مجله علوم زراعی ایران 4: 127-116.

8- خانجانی، م. 1383. آفات گیاهان زراعی ایران. انتشارات دانشگاه بو علی سینا همدان. 731 ص.

9- زند، ا.، ع. کوچکی، ح. حیمیان مشهدی، ر. دیهیم فرد، س. صوفی زاده، و م. نصیری محلاتی. 1382. مطالعه برخی خصوصیات اکوفیزیولوژیکی مؤثر در افزایش توانایی رقابت ارقام گندم (Triticum aestivum) ایرانی قدیم و جدید با علف هرز یولاف وحشی (Avena ludoviciana). مجله پژوهش های زراعی ایران 1: 10-1.

10- سرخی لله لو، ف.، ع. دباغ محمدی نسب، و ع، جوانشیر. 1387. بررسی ویژگی های برگ و نسبت ساقه در تداخل اندام های زیرزمینی و هوایی گندم زراعی (Triticum aestivum) و تراکم های مختلف یولاف وحشی (Avena fatua). مجله علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی 12: 446-435.

11- سلطانی، ا، و م. قلی پور. 1385. شبیه ساری اثر تغییر اقلیم بر رشد، عملکرد و مصرف آب نخود. مجلة علوم کشاورزی و منابع طبیعی 13: 79-69.

12- سلیمی، ح، و س. ج. انگجی. 1381. بررسی میزان رقابت و خسارت تراکم های متفاوت یولاف وحشی در زراعت گندم زمستانه. مجله بیماریهای گیاهی 38: 262-251.

13- عطاریان، ا، و م. ح. راشد محصل. 1381. اثر رقابت یولاف وحشی بر عملکرد و اجزا عملکرد سه رقم گندم زمستانه. مجله علوم و صنایع کشاورزی 16: 32-25.

14- قرخلو، ج.، د. مظاهری، ع. قنبری، و م. قنادها. 1384. ارزیابی آستانه خسارت اقتصادی علف های هرز در گندم در منطقه مشهد. مجله علوم کشاورزی ایران ٣٦: 1435-1429.

15- کوچکی، ع، و م. نصیری محلاتی. 1387. تاثیر تغییر اقلیم همراه با افزایش غلظت دی اکسید کربن بر عملکرد گندم در ایران و ارزیابی راهکارهای سازگاری. مجله پژوهش های زراعی ایران 6: 153- 139.

16- منتظری، م. 1386. تاثیر یولاف وحشی (Avena ludoviciana) فالاریس (Phalaris minor) و خردل وحشی (Sinapis arvensis) بر عملکرد و اجزای عملکرد گندم. مجله پژوهش و سازندگی 74: 78-71.

17- نصیری محلاتی، م. (اکولوژی تولید محصولات زراعی، فصل 14). در کوچکی، ع، و م. خواجه حسینی. 1387. زراعت نوین. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 712 ص.

18- نصیری محلاتی، م. (مدلسازی، فصل 16). در کوچکی، ع، و م. خواجه حسینی. 1387. زراعت نوین. انتشارات جهاد دانشگاهی مشهد. 712 ص.

19- نصیری محلاتی، م، و ع. کوچکی. 1388. پهنه بندی اگرواکولوژیکی گندم در استان خراسان: برآورد پتانسیل و خلاء عملکرد. مجله پژوهشهای زراعی ایران 7: 709-695.

20- Aggarwal, P. K., N. Kalra, S. Chander, and H. Pathak. 2006. InfoCrop: A dynamic simulation model for the assessment of crop yields, losses due to pests, and environmental impact of agro-ecosystems in tropical environments. I. Model description. Agricultural Systems 89: 1-25.

21- Aggarwal, P. K., B. Banerjee, M. G. Daryaei, A. Bhatia, A. Bala, S. Rani, S. Chander, H. Pathak, and N. Kalra. 2006. InfoCrop: A dynamic simulation model for the assessment of crop yields, losses due to pests, and environmental impact of agro-ecosystems in tropical environments. II. Performance of the model. Agricultural Systems 89: 47-67.

22- Bannayan, M, and N. M. J. Crout. 1999. A stochastic modelling approach for real-time forecasting of winter wheat yield. Field Crops Research 62: 85-95.

23- De Wit, C. T. 1997. LINTUL1: A simple general crop growth model for optimal growing conditions (example: spring wheat). Graduate School for Production Ecology. Dept of Theoretical Production Ecology of the Wageningen Agricultural University, and DLO-Research Centre for Agrobiology and Soil Fertility.

24- Groot, J. J. R. 1987. Simulation of nitrogen balance in a system of winter wheat and soil. Simulation Report CABO-TT nr. 13, Wageningen. 21, 22 and 23. Find new references.

25- Jones, C. A, and J. R. Kiniry. 1986. Ceres-Maize: A Simulation Model of Maize Growth and Development. Texas A&M University Press, College Station, Texas, USA.

26- Khan, I., H. Gul, M. I. Khan, and M. Gul. 2007. Effect of Wild Oat (Avena fatua L.) Population and Nitrogen Levels on Some Agronomic Traits of Spring Wheat (Triticum aestivum L.). Turkish Journal of Agriculture & Forestry 31:91-101.

27- Farre, I., M. van Oijen, P. A. Leffelaar, and J. M. Faci. 2000. Analysis of maize growth for different irrigation strategies in northeastern Spain. European Journal of Agronomy 12: 225-238.

28- Kropff, M. J., and C. J. T. Spitters. 1992. An eco-physiological model for interspecific competition, applied to the influence of Chenopodium album L. on sugar beet. I. Model description and parameterization. Weed Research 32: 437-450.

29- Kropff, M. J., and H. H. Van Laar. 1993. Modeling Crop-Weed Interactions. International Rice Research Institute, PO Box 933, 1099 Manila, The Philippines.

30- Kropff, M. J., P. S. Teng, P. K. Aggarwal, B. Bouman, J. Bouma, and H. H. van Laar. 1996. Applications of Systems Approaches at the Field Level, vol. 2. Kluwer Academic Publishers, The Netherlands. p. 465.

31- Maiorano, A., A. Reyneri, D. Sacco, A. Magni, and C. Ramponi. 2009. A dynamic risk assessment model (FUMAgrain) of fumonisin synthesis by Fusarium verticillioides in maize grain in Italy. Crop Protection 28: 243-256.

32- Martin, M. P., L. D. Field, and R. J. Field. 1987. Competition between plants of wild oat (Avena fatua) and wheat (Triticum aestivum). Weed Research 27: 119-124.

33- Matthews, R. B., and W. Stephens. 2002. Crop-Soil Simulation Models, Application in Developing Countries, CABI Publishing. 277 pp.

34- Monsi, M., and T. Saeki. 1953. Uber den Lichtfaktor in den. Pflanzengesellschaften und seine Bedeutung fur die. Stoffproduktion. The Journal of Japanese Botany 14: 22-52.

35- Penning de Vries, F. W. T., D. M. Jansen, H. F. M. Berge, and A. Bakema. 1989. Simulation of ecophysiological processes of growth in several annual crops. IRRI, Los Ban˜os, and Pudoc, Wageningen.

36- Rohrig, M., and H. Stutzel. 2001. A model for light competition between vegetable crops and weeds. European Journal of Agronomy 14: 13-29.

37- Sinclair, T. R., and R. C. Muchow. 1999. Radiation-use efficiency. Advances in Agronomy 65: 215-265.

38- Spitters, C. J. T. 1989. Weeds: population dynamics, germination and competition. In: Rabbinge, R., S. A. Ward, and H. H. van Laar (Eds.), Simulation and Systems Management in Crop Protection. Pudoc, Wageningen, the Netherlands. 182-217.

39- Spitters, C. J. T., H. van Keulen, and D. W. G. Kraalingen. 1989. A simple and universal crop growth simulator: SUCROS87. In: Rabbinge, R., S. A. Ward, and H. H. van Laar (Eds.), Simulation and Systems Management in Crop Protection. Pudoc, Wageningen, The Netherlands. 147-181.

40- Stephen, W. A., and J. D. Ross. 1981. Studies in Wild Oat Seed Dormancy II. ACTIVITIES OF PENTOSE PHOSPHATE PATHWAY DEHYDROGENASES. Plant Physiology 68:15-17.

41- Willocquet, L., S. Savary, L. Fernandez, F. Elazegui, and P. Teng. 2000. Development and evaluation of a multiple-pest, production situation specific model to simulate yield losses of rice in tropical Asia. Ecological Modelling 131: 133-159.

42- Willocquet, L., J. N. Aubertot, S. Lebard, C. Robert, C. Lannou, and S. Savary. 2008. Simulating multiple pest damage in varying winter wheat production situations. Field Crops Research 107: 12-28.

43- Van Diepen, C. A., J. Wolf, H. Van Keulen, and C. Rappoldt. 1989. WOFOST: a simulation model of crop production. Soil Use and Management 5: 16-24.

44- Yang, H. S., A. Dobermann, J. L. Lindquist, D. T. Walters, T. J. Arkebauer, and K. G. Cassman. 2004. Hybrid-maize-a maize simulation model that combines two crop modeling approaches. Field Crops Research 87: 131-154.